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科學家發現電子世界“交通新規”

時間:2019-06-18 09:42:27  來源:新華網 放大 縮小 默認

  “橫看成嶺側成峰,遠近高低各不同。”蘇東坡用這句詩來描述廬山景觀不同方向之間的差異,而在二維世界里,電子運動的景象同樣可以用這一語言來理解。

  來自中國科學院金屬研究所的消息顯示,由該所研究團隊聯合國內外科研團隊發現,在晶格傳輸過程中,受外電場的影響,電子的導電特性沿著不同方向表現出了一定的差異——而這不失為電子世界里的一條新的“交通規則”。相關研究成果已于近日在線發表于國際學術期刊《自然·通訊》。

  據該研究的設計者之一、中科院金屬所研究員韓拯介紹,研究團隊將6層4.8納米厚度的碲化鎵,放置于兩層10納米厚度的氮化硼之中,以此達到對前者的封裝保護。在室溫環境下,少數碲化鎵的電導率沿著不同方向呈現出近似正弦振蕩的周期性變化,表現出與硒化錫、磷化鍺相似的各向異性——隨著方向變化而變化的電阻率。

  研究團隊進而發現一個有趣的現象,即通過施加垂直電場,碲化鎵的電導率各個方向異性的比值,能夠從10倍飆升至5000倍,遠超目前人們已知的紀錄。

  換句話說,電子沿著二維碲化鎵不同晶格方向的傳輸能力,在電場的調控下能夠達到3個數量級的差別。

  “如果我們將電子傳輸通道和交通,比喻成為沈陽的‘文化路’和‘五愛街’,當沒有電場時,沿著‘文化路’車道上的電子通過率,是沿著‘五愛街’車道上的10倍左右。但是,一旦施加一定強度的外電場,兩條互相垂直的‘車道’,‘車輛’通過率差別可以高達5000倍。” 中科院金屬所副研究員楊騰形象地描繪著他眼中的外電場作用。

  科學家因此得出一個判斷:在電子的世界里,外電場扮演起了對電子傳輸進行“交通管制”的角色。

  經過進一步研究,科研團隊構建了各向異性二維碲化鎵浮柵存儲器件,并通過一次門電壓擦寫,在該浮柵操控的原型存儲器件中實現了橫縱兩個方向信息存儲。從科幻角度來描述的話,就是有那么一種可能,各向異性存儲器中一次性寫入的數據,沿其中一個方向讀取出來的是一本小說,而沿另一個方向讀取出來的,則是一部電影。

  韓拯表示,二維極限下碲化鎵納米電子器件展示出了門電壓可調的、面內巨各向異性電阻效應,為實現新型的邏輯運算及存儲單元提供了新思路,發展前景廣闊。同時,碲化鎵也還可能有更多待發現的物理。“我們正在挖掘該體系一些有趣的低溫物理特性。”( 邱晨輝)

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