@ 2021.07.09 , 11:31

科学家首次制得单原子厚的半导体+超导体的结合材料

科学家们首次成功地将两种令人兴奋的材料类型结合在一起:一种是仅单原子厚度的超薄半导体;另一种是能够以零电阻导电的超导体。

这两种材料都具有不寻常和迷人的特性,通过在实验室的精细过程中将它们结合在一起,研究背后的团队希望能在经典和量子物理学中开辟出各种新的应用。

半导体是主导现代生活的电气设备的核心材料。与普通金属相比,它们之所以如此有用,是因为它们的导电性可以通过向它们施加电压(以及其他方法)来调整,从而使电流有序地断续。

实验用到的是单层的半导体二硫化钼(MoS2)。

然后,超导体,在一定的温度(通常是极低的温度)下,能够以完美的效率传递电荷,并且没有任何热量损失。

这个装置使用了钼-铼(MoRe)的超导体;研究人员期望从组合材料中观察到全新的物理现象。

瑞士巴塞尔大学的物理学家Andreas Baumgartner说:"在超导体中,电子结对,就像舞伴一样产生怪异而价值非凡的后果。

"另一方面,在半导体二硫化钼中,电子跳起了完全不同的舞蹈,奇怪的独舞,其中也包含了它们的磁矩。现在我们想找出,如果把这些材料结合起来,电子会以何种规则和节奏起舞。"

这里使用的超薄半导体目前是研究热点:它们可以堆叠在一起,形成全新的合成材料,被称为范德瓦尔斯异质结构。

这些结构有很多潜在的创新用途,例如能够用电场控制电子的磁性。然而大部分潜力仍然是存在于理论上的,因为科学家们还不知道它们的实际效果,以及如何用它们制造仪器。所以,最新的实验非常的具有指导性。

在组合材料中,当这些材料被冷却到略高于绝对零度(-273.15℃)时,研究小组发现了半导体层和超导体之间的强耦合(被称为接近效应的相互作用)的证据。

巴塞尔大学的物理学家Mehdi Ramezani说:"强耦合是和令人兴奋的新物理现象的关键因素,我们期望在这种范德瓦尔斯异质结构中看到这些现象,但却从未能够证明。”

把半导体—超导体合成在一起并不容易,考虑到以前从没有人做到过,估计大家也能领会到这一点。半导体被放置在一个夹层中,上面和下面是绝缘层,而在绝缘层的顶部蚀刻的孔提供了电接触通道。

超导材料填补了孔留下的空隙,该过程在一个充满氮气的手套箱内完成,以保护成品系统不受损害。研究人员需在光学显微镜下,使用远程控制的微型机械手来完成制造。

Baumgartner说:"测量表明,混合单层半导体元件确实是可能的——也许甚至可以使用其他更奇特的接触材料,这将为进一步的深入研究铺平道路。

这项研究已经发表在《纳米快报》上。

https://www.sciencealert.com/scientists-just-overcame-a-major-hurdle-to-conducting-electricity-with-zero-resistance


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