7 月 20 日消息，來自美國麻省理工學院、加拿大渥太華大學等機構的科學家，利用一種名為三元碲鉍礦（ternary tetradymite）的晶體材料研制出一種新型超薄晶體薄膜半導體。

據(jù)介紹，這種 " 薄膜 " 厚度僅 100 納米，其中電子的遷移速度約為傳統(tǒng)半導體的 7 倍從而創(chuàng)下新紀錄。這一成果有助科學家研發(fā)出新型高效電子設備。相關論文已經(jīng)發(fā)表于《今日材料物理學》雜志（附 DOI:10.1016/j.mtphys.2024.101486）。

據(jù)介紹，這種 " 薄膜 " 主要是通過 " 分子束外延技術 " 精細控制分子束并 " 逐個原子 " 構建而來的材料。這種工藝可以制造出幾乎沒有缺陷的材料，從而實現(xiàn)更高的電子遷移率（即電子在電場作用下穿過材料的難易程度）。

簡單來說，當科學家向 " 薄膜 " 施加電流時，他們記錄到了電子以 10000 cm 2 /V-s 的速度發(fā)生移動。相比之下，電子在 " 硅半導體 " 中的移動速度約為 1400 cm 2 /V-s，而在傳統(tǒng)銅線中則要更慢。

這種超高的電子遷移率意味著更好的導電性。這反過來又為更高效、更強大的電子設備鋪平了道路，這些設備產(chǎn)生的熱量更少，浪費的能量更少。

研究人員將這種 " 薄膜 " 的特性比喻成 " 不會堵車的高速公路 "，他們表示這種材料 " 對于更高效、更省電的電子設備至關重要，可以用更少的電力完成更多的工作 "。

科學家們表示，潛在的應用包括將 " 廢熱 " 轉換成電能的可穿戴式熱電設備，以及利用電子自旋而不是電荷來處理信息的 " 自旋電子 " 設備。

科學家們通過將 " 薄膜 " 置于極寒磁場環(huán)境中來測量材料中的電子遷移率，然后通過對薄膜通電測量 " 量子振蕩 "。當然，這種材料即使只有微小的缺陷也會影響電子遷移率，因此科學家們希望通過改進薄膜的制備工藝來取得更好的結果。

麻省理工學院物理學家 Jagadeesh Moodera   表示：" 這表明，只要能夠適當控制這些復雜系統(tǒng)，我們就可以實現(xiàn)巨大進步。我們正朝著正確的方向前進，我們將進一步研究、不斷改進這種材料，希望使其變得更薄，并用于未來的自旋電子學和可穿戴式熱電設備。"