导读无论是在智能手机、电视还是建筑技术中,半导体在电子产品以及我们的日常生活中都发挥着核心作用。与金属相比,可以通过施加电压来调节其导

无论是在智能手机、电视还是建筑技术中,半导体在电子产品以及我们的日常生活中都发挥着核心作用。与金属相比,可以通过施加电压来调节其导电性,从而打开和关闭电流。

着眼于电子和量子技术的未来应用,研究人员正专注于开发由单层(单层)半导体材料组成的新组件。一些具有半导体特性的天然材料具有这种单层,堆叠形成三维晶体。在实验室中,研究人员可以将这些层(不比单个分子厚)分开,并用它们来制造电子元件。

新的属性和现象

这些超薄半导体有望提供难以控制的独特特性,例如使用电场来影响电子的磁矩。此外,复杂的量子力学现象发生在这些可能在量子技术中应用的半导体单层中。

世界各地的科学家正在研究如何将这些薄半导体堆叠成新的合成材料,即范德华异质结构。然而,直到现在,他们还没有成功地将这种单层与超导接触相结合,以便更深入地研究新材料的性质和特性。

超导触点

由瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学物理系 Christian Schönenberger 教授研究小组的 Andreas Baumgartner 博士领导的一个物理学家团队现在已经安装了具有超导接触的半导体二硫化钼单层,用于第一次。

半导体和超导体的这种组合如此有趣的原因是专家们期望这种组件能够表现出新的特性和物理现象。该研究的项目经理鲍姆加特纳解释说:“在超导体中,电子将自己排列成对,就像跳舞的伙伴一样 - 产生奇怪而奇妙的后果,例如没有电阻的电流流动。” “另一方面,在半导体二硫化钼中,电子进行了完全不同的舞蹈,这是一种奇怪的独奏例程,也结合了它们的磁矩。现在我们想找出如果我们结合起来,电子会同意哪些新的和奇异的舞蹈这些材料。”

超导所需的低温下的电气测量——刚好高于绝对零(-273.15 摄氏度)——清楚地显示了超导体造成的影响;例如,在某些能量下,不再允许单电子。此外,研究人员还发现了半导体层和超导体之间强耦合的迹象。

该研究的第一作者 Mehdi Ramezani 说:“强耦合是我们期望在这种范德瓦尔斯异质结构中看到的新的和令人兴奋的物理现象的关键因素,但从未能够证明。”

“当然,我们一直希望在电子和量子技术方面有新的应用,”鲍姆加特纳说。“原则上,我们为半导体层开发的垂直接触可以应用于大量半导体。我们的测量表明,这些混合单层半导体组件确实是可能的——也许甚至可以使用其他更奇特的接触材料来铺平进一步洞察的方式,”他补充道。

精心制作工艺

在由不同材料制成的夹层中制造新组件需要大量不同的步骤。在每个步骤中,重要的是要避免污染,因为它们会严重损害电荷的传输。

为了保护半导体,研究人员在两层薄薄的氮化硼之间填充了一层二硫化钼,他们之前已经使用电子束光刻和离子蚀刻通过该层垂直蚀刻了触点。然后,他们沉积一层薄薄​​的钼铼作为接触材料——这种材料即使在强磁场存在下也能保持其超导特性。

在手套箱中的保护性氮气气氛下工作,研究人员将氮化硼层堆叠到二硫化钼层上,并将底面与另一层氮化硼以及一层石墨烯结合起来进行电气控制。然后,研究人员将这种精心设计的范德华异质结构放置在硅/二氧化硅晶片的顶部。