半導體新應用將誕生?科學家首次將半導體與「超導體」連結

semiconductor and superconductor

半導體、超導體是兩種具有特殊導電性的材料。半導體是導電性介於導體與絕緣體間的物質,是近代科技發展的重要材料;而超導體在低於一定的溫度後,電阻會消失,可以讓電流通過但不耗損能量。近日,瑞士奈米科學研究所和 Basel 大學物理系團隊將二硫化鉬半導體單層與超導觸點結合,是人類首次將半導體與超導體結合,未來可能會產生新的應用領域。研究團隊將論文發表在《Nano Letters》期刊上。

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科學家研究單層半導體堆疊技術

半導體技術快速發展,隨著電子元件縮小,科學家正在研究單層(monolayer)半導體材料技術。實驗室中,科學家藉由分離厚度僅一個分子的半導體層來堆疊三維晶體,並用此來建構電子元件。層於層之間半導體會產生量子力學現象,因此該電子元件可應用於量子技術中。

全球科學家正在研究單層半導體堆疊技術,形成名為「凡得瓦異質結構」(van der Waals heterostructures)的合成材料。但直到近日,科學家才成功將半導體單層與超導體觸點結合。

科學家首次將半導體與超導體連結,觀察到強耦合現象

瑞士奈米科學研究所和 Basel 大學物理系團隊將二硫化鉬半導體單層與超導觸點結合。研究團隊進行低溫的電學測量,發現在略高於絕對零度(攝氏 -273.15 度)的環境下,該材料有超導體的特性。

研究團隊將二硫化鉬半導體單層與超導觸點結合。圖片來源:University of Basel

研究人員也發現半導體層與超導體間的強耦合現象。論文主要作者 Mehdi Ramezani 表示,強耦合現象是我們期望在凡得瓦異質結構觀察到的現象,但過去從未能夠展現出來。

科學家一直希望能將半導體與超導體結合,期望它能表現出新的特性和物理現象。領導此研究的教授 Andreas Baumgartner 表示,在超導體中,電子們如同舞伴般地成對排列,產生奇怪但也奇妙的效果,例如電子流動沒有阻力。另外,在半導體的二硫化鉬中,電子展現出截然不同的舞蹈,還併入自身的磁矩。我們的任務就是將這兩種材料合併,並且找出電子會演出怎樣的舞蹈。

研究人員表示,該技術可以應用在其他的半導體上,進一步擴展潛能。Baumgartner 表示,根據量測結果,這些混合的單層半導體元件的確是可能的,甚至還可能跟其他獨特的材料結合,提供更多的洞見。

參考資料

Nano Letters》、《University of Basel》、《PhysOrg

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pixabay CC Licensed

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