澳媒：超導體與半導體首次成功結合

據澳大利亞科學(xué)預警網(wǎng)站7月8日報道，科學(xué)家首次成功地將兩種激動(dòng)人心的材料結合在一起：一種是只有一個(gè)原子那么厚的超薄半導體，一種是能夠以零電阻導電的超導體。

報道稱(chēng)，這兩種材料都具有不同尋常和令人著(zhù)迷的特性。研究人員通過(guò)精細的實(shí)驗室制作過(guò)程將它們結合起來(lái)。由此，該團隊希望在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟各種新的應用。

在這項研究中，研究人員取得了一片二硫化鉬半導體，并將其添加到制作過(guò)程中。

報道指出，超導體能夠以完美的效率傳輸電荷，在某個(gè)特定溫度（通常是極低的溫度）下電流不會(huì )轉化為熱量流失掉。在制作中，研究人員向有關(guān)裝置中加入了一種名為鉬錸的超導體。研究人員希望從他們的組合材料中觀(guān)察到全新的物理現象。

瑞士巴塞爾大學(xué)物理學(xué)家安德烈亞斯·鮑姆格特納說(shuō)：“在超導體中，電子會(huì )像舞蹈中的伙伴那樣結成對，從而產(chǎn)生怪異和奇妙的結果，比如電流在沒(méi)有阻力的情況下流動(dòng)?！?/p>

鮑姆格特納說(shuō)：“另一方面，在二硫化鉬半導體中，電子會(huì )表演完全不同的舞蹈，這是一種奇怪的獨舞?，F在我們想弄清楚，如果將這些材料組合在一起，電子會(huì )跳怎樣的新奇舞蹈?！?/p>

像該研究中所使用的這類(lèi)超薄半導體目前是研究人員的一個(gè)熱門(mén)研究課題：它們可以結合在一起，以形成全新的合成材料，被稱(chēng)為“范德瓦爾斯異質(zhì)結構”。

這些結構有很多潛在的創(chuàng )新用途，比如能夠用電場(chǎng)控制電子磁性。然而，很多這些潛力仍是理論上的，因為科學(xué)家不知道它們將會(huì )產(chǎn)生什么效應，也不知道它們能夠制造什么設備。正因為如此，成功創(chuàng )造這種最新組合非常重要。

在這個(gè)最新的組合中，當把材料冷卻到略高于絕對零度，研究團隊發(fā)現了半導體層與超導體之間存在強耦合（即稱(chēng)為鄰近效應的相互作用）的證據。

巴塞爾大學(xué)物理學(xué)家邁赫迪·拉米扎尼說(shuō)：“強耦合是這些新的令人興奮的物理現象中的關(guān)鍵因素，我們期待在這類(lèi)范德瓦爾斯異質(zhì)結構中看到這些現象，卻從未能夠證明?！?/p>

鑒于過(guò)去還沒(méi)有人做到過(guò)，正如你所預料的，將半導體同超導體連結起來(lái)并不容易。半導體被放置在夾心層中，上面和下面都有絕緣層，而絕緣層頂部蝕刻的孔會(huì )提供電氣接觸通道。

超導材料會(huì )填滿(mǎn)這些孔留下的缺口，這一過(guò)程是在一個(gè)充滿(mǎn)氮氣的小箱內完成的，以保護已經(jīng)完成的系統不受損傷。研究人員在光學(xué)顯微鏡下使用遙控顯微操作器完成制造。

鮑姆格特納說(shuō)：“我們的測量結果顯示，制成這些混合式單層半導體元件確實(shí)是可能的——或許與其他更奇異的接觸材料相結合也是可能的，這將為人們進(jìn)一步認識有關(guān)現象鋪平道路?！?/p>

這項研究發(fā)表在美國《納米通訊》月刊上。