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半導(dǎo)體能否像金屬甚至超導(dǎo)體一樣？
發(fā)布時間：2021-03-26
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1. 引言
我們會經(jīng)常想到這樣一個問題：半導(dǎo)體能否像金屬甚至超導(dǎo)體一樣？
斯旺西/羅斯托克聯(lián)合研究小組表明，半導(dǎo)體材料表面的晶體結(jié)構(gòu)可以使其表現(xiàn)得像金屬，甚至像超導(dǎo)體。這一發(fā)現(xiàn)有可能為諸如節(jié)能電子設(shè)備之類的進步打開大門。
2. 實驗與分析
說明：左–由硫化鉛制成的納米結(jié)構(gòu)的形狀，基于一系列透射電子顯微鏡圖像的計算機重建。左直線條的行為類似于半導(dǎo)體，而右之字形納米線的行為類似于金屬。右–電氣設(shè)備由兩個金電極組成，兩個金電極接觸硅芯片（藍(lán)色）上的納米線（紅色）。圖片提供：匈牙利/加的斯大學(xué)，拉明/ DESY，克林克/羅斯托克大學(xué)和斯旺西大學(xué)。
半導(dǎo)體是晶體管，集成電路，傳感器和LED的有源部件。這些材料主要基于硅，是當(dāng)今電子工業(yè)的合心。 我們幾乎連續(xù)地在現(xiàn)代電視機，計算機，照明元件以及移動電話中使用其產(chǎn)品。 另一方面，金屬將有源電子元件連接起來，并且是設(shè)備的框架。 由斯旺西大學(xué)化學(xué)系的克里斯蒂安·克林克教授和德國羅斯托克大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對半導(dǎo)體材料表面的晶體進行了分析。 該團隊將一種稱為膠體合成的方法應(yīng)用于硫化鉛納米線，該研究表明構(gòu)成晶體的鉛原子和硫原子可以以不同的方式排列。至關(guān)重要的是，他們看到這影響了材料的性能。
在大多數(shù)配置中，兩種類型的原子混合在一起，并且整個結(jié)構(gòu)顯示出預(yù)期的半導(dǎo)體行為。 但是，研究小組發(fā)現(xiàn)，通過晶體的一個特定“切割”具有瑾包含鉛原子的表面上的{111}刻面，具有金屬特征。 這意味著納米線承載的電流要大得多，它們的晶體管性能受到抑制，它們不像半導(dǎo)體那樣對照明做出響應(yīng)，并且它們表現(xiàn)出與金屬相反的溫度依賴性。
斯旺西/羅斯托克團隊的研究人員之一Mehdi Ramin博士說： “在發(fā)現(xiàn)我們可以合成具有不同面的硫化鉛納米線后，使它們看起來像筆直的或曲折的線，我們認(rèn)為這必定會對它們的電子性能產(chǎn)生有趣的影響。但是，這兩種行為令我們感到非常驚訝。因此，我們開始更詳細(xì)地研究形狀的后果。” 然后，該團隊做出了第二個發(fā)現(xiàn)：在低溫下，納米結(jié)構(gòu)的表皮甚至表現(xiàn)得像超導(dǎo)體。這意味著電子以低得多的電阻傳輸通過結(jié)構(gòu)。
3. 總結(jié)
負(fù)責(zé)這項研究的斯旺西大學(xué)和羅斯托克大學(xué)的克里斯蒂安·克林克教授說：“這種行為令人驚訝，當(dāng)然還需要進一步研究。 但是，它已經(jīng)提供了令人興奮的新見解，使人們可以根據(jù)結(jié)構(gòu)及其將來可能發(fā)生的變化來掌握相同材料如何具有不同的基本物理特性。 一種潛在的應(yīng)用是無損能量傳輸，這意味著不會浪費任何能量。通過進一步優(yōu)化原理并將原理轉(zhuǎn)換為其他材料，可以取得重大進展，這可能會帶來新的高效電子設(shè)備。 本文介紹的結(jié)果瑾瑾是邁向新的令人激動的化學(xué)和材料物理的漫長而富有成果的旅程的第一步。”
我們會經(jīng)常想到這樣一個問題：半導(dǎo)體能否像金屬甚至超導(dǎo)體一樣？
斯旺西/羅斯托克聯(lián)合研究小組表明，半導(dǎo)體材料表面的晶體結(jié)構(gòu)可以使其表現(xiàn)得像金屬，甚至像超導(dǎo)體。這一發(fā)現(xiàn)有可能為諸如節(jié)能電子設(shè)備之類的進步打開大門。
2. 實驗與分析
半導(dǎo)體是晶體管，集成電路，傳感器和LED的有源部件。這些材料主要基于硅，是當(dāng)今電子工業(yè)的合心。 我們幾乎連續(xù)地在現(xiàn)代電視機，計算機，照明元件以及移動電話中使用其產(chǎn)品。 另一方面，金屬將有源電子元件連接起來，并且是設(shè)備的框架。 由斯旺西大學(xué)化學(xué)系的克里斯蒂安·克林克教授和德國羅斯托克大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對半導(dǎo)體材料表面的晶體進行了分析。 該團隊將一種稱為膠體合成的方法應(yīng)用于硫化鉛納米線，該研究表明構(gòu)成晶體的鉛原子和硫原子可以以不同的方式排列。至關(guān)重要的是，他們看到這影響了材料的性能。
在大多數(shù)配置中，兩種類型的原子混合在一起，并且整個結(jié)構(gòu)顯示出預(yù)期的半導(dǎo)體行為。 但是，研究小組發(fā)現(xiàn)，通過晶體的一個特定“切割”具有瑾包含鉛原子的表面上的{111}刻面，具有金屬特征。 這意味著納米線承載的電流要大得多，它們的晶體管性能受到抑制，它們不像半導(dǎo)體那樣對照明做出響應(yīng)，并且它們表現(xiàn)出與金屬相反的溫度依賴性。
斯旺西/羅斯托克團隊的研究人員之一Mehdi Ramin博士說： “在發(fā)現(xiàn)我們可以合成具有不同面的硫化鉛納米線后，使它們看起來像筆直的或曲折的線，我們認(rèn)為這必定會對它們的電子性能產(chǎn)生有趣的影響。但是，這兩種行為令我們感到非常驚訝。因此，我們開始更詳細(xì)地研究形狀的后果。” 然后，該團隊做出了第二個發(fā)現(xiàn)：在低溫下，納米結(jié)構(gòu)的表皮甚至表現(xiàn)得像超導(dǎo)體。這意味著電子以低得多的電阻傳輸通過結(jié)構(gòu)。
3. 總結(jié)
負(fù)責(zé)這項研究的斯旺西大學(xué)和羅斯托克大學(xué)的克里斯蒂安·克林克教授說：“這種行為令人驚訝，當(dāng)然還需要進一步研究。 但是，它已經(jīng)提供了令人興奮的新見解，使人們可以根據(jù)結(jié)構(gòu)及其將來可能發(fā)生的變化來掌握相同材料如何具有不同的基本物理特性。 一種潛在的應(yīng)用是無損能量傳輸，這意味著不會浪費任何能量。通過進一步優(yōu)化原理并將原理轉(zhuǎn)換為其他材料，可以取得重大進展，這可能會帶來新的高效電子設(shè)備。 本文介紹的結(jié)果瑾瑾是邁向新的令人激動的化學(xué)和材料物理的漫長而富有成果的旅程的第一步。”
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