为什么珠链能,新型二维半导体

在信息储存领域,铁酸铋(BiFeO3,BFO)等多铁性材料(Multiferroic materials)因其特殊的性质而成为备受科学家关注的研究热点。在上周的《自然-通讯》杂志上,北京师范大学物理学系研究员张金星的团队发现了纳米级铁酸铋的新特性——形状记忆功能。

近年来,二维晶体材料因其优越的电气特性,成为半导体材料研究的新方向。继石墨烯、二硫化钼之后,本月初,在《自然·纳米技术》杂志上,复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料——黑磷,并成功制备了相应的场效应晶体管器件,它将有可能替代传统的硅,成为电子线路的基本材料。

在特定情况下,一条链子似乎可以表现出反重力的状态,像喷泉中喷出的水流一样运动。这一现象背后的原因,近日被物理学家揭示出来。这项研究对于现有的很多应用具有重大的意义,包括绳系卫星以及太空升降舱等。

在纳米尺度下,铁酸铋受冷时会发生收缩,而通过电场刺激或加热处理,铁酸铋能够恢复原本的形状。和传统记忆材料相比,铁酸铋在集成电路等电子应用方面具有更广阔的应用前景。张金星告诉果壳网:“这种材料在纳米尺度可以形成巨大的形状应变,可以在未来微电机系统,纳电机系统中实现驱动,传感等功能。”这项成果也许能为氧化物材料的应用提供新的方向。

图片 1黑磷的原子结构图,褶皱蜂窝结构。图片来源:Yuanbo Zhang et al. (2014) Nature Nanotechnology.

链条技术是最为普通、古老且广为应用的技术之一,很多人恐怕认为物理学家已经完全明白链条的所有。然而事实并非如此——BBC近日公开了一小段视频,超过250万观众观看了这段视频并为之震惊,其中不乏物理学专业人士。

图片 2在电场、压力及热刺激等组合刺激下,纳米铁酸铋材料可形成一个完整的形状记忆循环。在一定应变范围内,该材料能在类马氏体结构与类奥氏体结构间进行可逆变换。图片来源:Jinxing Zhang et al.(2013)Nature Communications.

二维晶体是由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体,比如大名鼎鼎的石墨烯。但是石墨烯没有半导体带隙,即分隔电子导电能带(导带)和非导电能带(价带)之间的无人禁区,也就是说它难以完成导体和绝缘体之间的转换,不能实现数字电路的逻辑开与关。而同样由单原子层堆叠而成的黑磷,则具有一个半导体带隙。

斯蒂夫·莫尔德(Steve Mould)首先上传的这段视频引起了广泛关注。

目前的形状记忆材料大多是金属材料,最大的应变达到8%。但由于金属在小尺度下(<100nm)时通常会表现氧化、表面张力效应、尺寸效应等弊端,使得它们的应用功能大大降低。“然而,铁酸铋可以实现14%的可逆应变,而且氧化物非常稳定,可以在纳米尺度下实现功能特性。”张金星对果壳网说:“另外,相对于金属基形状记忆材料,铁酸铋的巨大应变可以用电场控制,这样在应用中就大大提高了响应频率以及驱动力。”此外,当前的金属基材料无法与半导体工业集成,而铁酸铋却可以很好地解决这个问题。

“两年前中国科技大学的陈仙辉教授告诉我他们可以生长黑磷时,当时直觉就告诉我,这有可能是一个很好的半导体材料,”张远波教授说:“果然,现在我们把黑磷做成纳米厚度的二维晶体后,发现它有非常好的半导体性质,这样就有可能用在未来的集成电路里。”他们发现黑磷二维晶体有良好的电子迁移率(~1000cm2/Vs),还有非常高的漏电流调制率(是石墨烯的10000倍),与电子线路的传统材料硅类似。

这一视频展示的现象,哪怕在家里都可以被轻而易举地重复——只需要一条足够长的珠链链条,并把它放置在一个类似烧杯的容器里面,拉起珠链的一端并使之垂落。你会观察到珠链并不只是简单地由于重力作用“流”向地面,在整个运动过程中链条会自发的向上运动,就像喷泉喷水那样。

本文由澳门威利斯人手机版发布于澳门威利斯人手机版,转载请注明出处:为什么珠链能,新型二维半导体

TAG标签:
Ctrl+D 将本页面保存为书签,全面了解最新资讯,方便快捷。