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半導體能否像金屬甚至超導體一樣?

發布時間:2021-03-26

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1. 引言
       我們會經常想到這樣一個問題:半導體能否像金屬甚至超導體一樣?
       斯旺西/羅斯托克聯合研究小組表明,半導體材料表面的晶體結構可以使其表現得像金屬,甚至像超導體。這一發現有可能為諸如節能電子設備之類的進步打開大門。 
2. 實驗與分析
硫化鉛制成的納米結構與類似金屬的表現.jpeg
說明:左–由硫化鉛制成的納米結構的形狀,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體,而右之字形納米線的行為類似于金屬。右–電氣設備由兩個金電極組成,兩個金電極接觸硅芯片(藍色)上的納米線(紅色)。圖片提供:匈牙利/加的斯大學,拉明/ DESY,克林克/羅斯托克大學和斯旺西大學。
       半導體是晶體管,集成電路,傳感器和LED的有源部件。這些材料主要基于硅,是當今電子工業的合心。 我們幾乎連續地在現代電視機,計算機,照明元件以及移動電話中使用其產品。 另一方面,金屬將有源電子元件連接起來,并且是設備的框架。 由斯旺西大學化學系的克里斯蒂安·克林克教授和德國羅斯托克大學領導的研究小組對半導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用于硫化鉛納米線,該研究表明構成晶體的鉛原子和硫原子可以以不同的方式排列。至關重要的是,他們看到這影響了材料的性能。 
       在大多數配置中,兩種類型的原子混合在一起,并且整個結構顯示出預期的半導體行為。 但是,研究小組發現,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,它們不像半導體那樣對照明做出響應,并且它們表現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: “在發現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,我們認為這必定會對它們的電子性能產生有趣的影響。但是,這兩種行為令我們感到非常驚訝。因此,我們開始更詳細地研究形狀的后果?!?然后,該團隊做出了第二個發現:在低溫下,納米結構的表皮甚至表現得像超導體。這意味著電子以低得多的電阻傳輸通過結構。
3. 總結
       負責這項研究的斯旺西大學和羅斯托克大學的克里斯蒂安·克林克教授說:“這種行為令人驚訝,當然還需要進一步研究。 但是,它已經提供了令人興奮的新見解,使人們可以根據結構及其將來可能發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。通過進一步優化原理并將原理轉換為其他材料,可以取得重大進展,這可能會帶來新的高效電子設備。 本文介紹的結果瑾瑾是邁向新的令人激動的化學和材料物理的漫長而富有成果的旅程的第一步?!?/span>
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