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完美导电材料诞生 “硅谷”或因它改名

来源:驱动之家   2013-12-01 14:26:32   点击:

导读: 近日,一种能在常温下(就计算机芯片而言)达到100%导电率的超级材料——单层锡原子被美国科学家发现。因其优越的性能,或许将替代近年来的热门材料石墨烯。

美国能源部SLAC国家加速实验室、斯坦福大学的理论物理学家们计算和预测了一种叫做拓扑绝缘体(topological insulator)的特殊材料的电子性能,其导电性只存在于材料的边缘或表面,而不是内部。当拓扑绝缘体只有一层原子厚的时候,它的边缘导电性就会达到 完美的100%。这种不寻常的性能来自材料内部电子和重原子核之间复杂的互动。

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领导这次实验的斯坦福材料与能源科学研究院(SLAC合作机构)物理学教授张守晟(音)教授表示:“拓扑绝缘体的秘密在于它本身的特性。它能使电子沿着一定的方向移动,而没有任何速度限制,就像在高速公路上一样。只要它们在高速公路上,也就是材料的边缘和表面,电子就可以没有限制地移动。”研究人员把这种新材料叫做“Stanene”。这是将锡的拉丁语名称(stannum)和石墨烯(graphene)的词尾组合在一起而来的。

早在2006年和2009年,张教授的研究小组就预测,碲化汞和几种铋、锑、硒、碲的化合物应该是拓扑绝缘体,其他试验很快就证实了这一点,但这些材料在常温下都不是电的完美导体,商业应用很有限。而通过与清华大学的访问学者徐勇(音)合作,他们发现,单层锡在室温甚至室温以上都是拓扑绝缘体,而且如果在锡中加入氟原子,工作范围可以达到至少100℃。这种锡氟化合物的第一个应用,就是制作微处理器元件间的连线,让电子可以像汽车在高速公路上一样快速移动。在传统的导体中,汽车上下斜坡时会发生交通堵塞,但是Stanene制作的连线可以大幅减少微处理器的能耗和发热。然而,这并不是一件简单的事情。必须确保只使用单层的锡,并且在制作芯片的高温过程中要保证单层锡的完整。

张教授说:“最终,我们可以将Stanene用在更多的电路结构中,甚至是代替晶体管的核心元素硅。或许有一天,硅谷会改名叫锡谷。”

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