新材料可在室温下进行量子翻转，有助开发下一代计算新模式

　　来源：科技日报科技日报记者张梦然
　　据最新一期英国《自然通讯》报道，美国密歇根大学开发出一种半导体材料，可在室温条件下实现从导体到绝缘体的量子翻转，有助于开发新一代量子设备和超高效电子设备。
　　研究人员在只有一个原子厚的二维硫化钽层中观察到，支持这种量子翻转的奇异电子结构以前只能在37。8的超低温下稳定，现在该新材料可在高达77时保持稳定。
　　密歇根大学材料科学与工程助理教授罗伯特霍夫登说，奇异的量子特性，比如从导体切换到绝缘体的能力，可能是下一代计算的关键，它提供了更多存储信息的方法和更快的状态切换。这可能会导致更强大、更节能的设备。
　　当今的电子产品使用微型电子开关来存储数据；开为1，关为0，断电后数据消失。未来的设备则可使用其他状态，例如导体或绝缘体来存储数字数据，只需要快速的能量点就可在状态之间切换，而不是稳定的电流。
　　在过去，这种奇异的行为只在超低温下的材料中被观察到，而科学家的最终目标是开发能够在室温下按需快速从一种状态翻转到另一种状态的材料，这一研究可能是朝这个方向迈出的重要一步。
　　先前在超低温下的研究表明，可以按需一次又一次地进行这种翻转。霍夫登说，这不是这个项目的重点，但事实上，我们甚至能够在室温下保持一次翻转稳定，这开启了许多令人兴奋的可能性。
　　从导体到绝缘体的翻转由一种称为电荷密度波的现象支持，这是一种在某些条件下自发发生的有序的、晶体状正负电荷模式。
　　之前在硫化钽的大块样品中观察到电荷密度波，但材料必须处于超冷温度下，霍夫登说，通过将几个二维层交错在一起，我们能够使其更加稳定。
　　该团队首先制造了几层夹在一起的单原子厚的硫化钽层样品。每一层都是一个半导体，处于所谓的八面体状态，它指的是钽和硫原子的特定排列。虽然存在一些电荷密度波，但它们过于不稳定和无序，无法产生导体绝缘体翻转等奇异行为。
　　霍夫登团队通过在无氧环境中加热样品，同时在电子显微镜下观察该过程。随着样品的加热，层开始一层一层地切换到棱柱状态相同原子的不同排列。
　　当大多数（但不是全部）层切换到棱柱状态时，研究人员将样品冷却回室温，发现保持八面体状态的层显示出有序而稳定的电荷密度波，并且在高达77的温度下仍能保持这种状态。此外，这些层已经从半导体转变为绝缘体。
　　总编辑圈点：
　　导体和绝缘体不是恒定概念，在特定条件下，它们能相互转化。这一次，科研人员又将目光瞄准了二硫化钽，它被认为是富有前景的现代微电子材料。此前，有研究用超短激光或电子脉冲对其进行照射，让二硫化钽由绝缘体变成了导体。本文介绍的这项研究，则是制造了几层夹在一起的单原子厚的硫化钽层样品，让钽和硫原子产生特定排列，让它的导电性质根据温度的不同发生变化。不过，这一转变的机制和理论基础是什么，可能还需要进一步阐释。