迄今最纯砷化镓半导体面世

2021-11-16 11:45:00     来源: 科技日报      刘霞

美国普林斯顿大学研究人员在《自然·材料》杂志报告称,他们研制出了世界上迄今最纯净的砷化镓。该砷化镓样品的纯度达到每100亿个原子仅含有一个杂质,纯度甚至超过了用于验证一千克标准的世界上最纯净的硅样品。

砷化镓是一种半导体,主要用于为手机和卫星等提供电力。新研究得到的砷化镓样品呈正方形,边长与一块橡皮擦的宽度相当,可用于深入探究电子的本质。

为进一步研究该超纯样品,研究人员将其冷冻到比太空温度更低的温度,随后将其包裹起来置于强大的磁场中并施加电压,让电子穿越夹在材料晶体层之间的二维平面。当他们降低磁场时,发现了一系列令人惊讶的效应。

当电子排列成一种被称为维格纳晶体的晶格结构时,研究人员获得了意外的发现。科学家们此前认为,要想让维格纳晶体出现,需要极强的磁场——大约14特斯拉。该研究论文作者之一凯文·维莱加斯·罗萨莱斯说:“最新研究表明,电子可在不到1特斯拉的条件下结晶,不过,需要超高质量的样品才能看到这一现象。”

此外,研究小组还观察到,系统电阻中的“振荡”增加了约80%,分数量子霍尔效应的“激活间隙”变得更大。分数量子霍尔效应是凝聚态物理和量子计算中的一个关键课题,是凝聚态物理研究里最重要的成就之一,有望催生很多新奇的应用。要解释这个效应,需要用上量子物理领域最微妙的一些概念。分数量子霍尔效应最初由美国普林斯顿大学的崔琦发现,他因这一发现获得了诺贝尔物理学奖。

研究人员称,他们的结果表明,许多推动当今最先进物理学的现象都可在比以前认为的弱得多的磁场下观察到。较弱的磁场可使更多实验室研究隐藏在这种二维系统内的神秘物理问题,为进一步探索量子现象铺平了道路。