超原子半導體創(chuàng )下速度與效率紀錄

　半導體已經(jīng)變得無(wú)處不在，但它們也有局限性。半導體中會(huì )產(chǎn)生激子（電子－空穴對），這意味著(zhù)能量以熱的形式損失，信息傳輸是有速度限制的。發(fā)表在26日《科學(xué)》雜志的論文中，美國哥倫比亞大學(xué)化學(xué)家團隊描述了迄今為止速度最快、效率最高的半導體：一種名為Re6Se8Cl2的超原子材料。

　　任何材料的原子結構都會(huì )振動(dòng)，從而產(chǎn)生被稱(chēng)為聲子的量子粒子。激子則是由電子和空穴之間的相互作用引起的。聲子和激子可以相互作用，聲子的反作用可導致激子在電子設備周?chē)鷶y帶能量和信息，以納米和飛秒的速度散射，這就帶來(lái)了能量損失。

　　Re6Se8Cl2中的激子在與聲子接觸時(shí)不是散射，而是與聲子結合，產(chǎn)生新的準粒子，稱(chēng)為聲激子－極化子。雖然極化子存在于許多物質(zhì)中，但Re6Se8Cl2中的極化子有一種特殊的性質(zhì)：它們能夠進(jìn)行彈道流動(dòng)或無(wú)散射流動(dòng)。這種彈道行為可能意味著(zhù)研制出更快速、更高效的設備。

　　在該團隊進(jìn)行的實(shí)驗中，Re6Se8Cl2中的聲激子－極化子的移動(dòng)速度是硅中電子的兩倍，在不到一納秒的時(shí)間內穿過(guò)了幾個(gè)微米的樣品?？紤]到極化子的傳輸壽命可以持續大約11納秒，該團隊認為聲激子－極化子一次傳輸距離可覆蓋超過(guò)25微米。由于這些準粒子是由光而非電流和門(mén)控控制的，因此理論設備的處理速度有可能達到飛秒，這比目前的千兆赫電子器件可實(shí)現的納秒快6個(gè)數量級，且都是在室溫下進(jìn)行的。

　　研究人員表示，就能量傳輸而言，至少到目前為止，Re6Se8Cl2是已知的最好的半導體。Re6Se8Cl2可被剝離成原子薄片，這一特征意味著(zhù)它們可能會(huì )與其他類(lèi)似材料結合起來(lái)，出現更多獨特的性質(zhì)。然而，Re6Se8Cl2不太可能實(shí)現商用，因為其分子中的第一種元素——錸是地球上最稀有的元素之一，因此極其昂貴。

　　接下來(lái)的時(shí)間里，研究人員將利用先進(jìn)成像技術(shù)研究Re6Se8Cl2為何能表現出如此非凡的行為。