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克服杂质、缺陷的阻碍,新薄膜材料电子迁移率创纪录

2024-07-04 17:33:42 综合报道 阅读:
最近,麻省理工学院(MIT)和美国陆军研究实验室的联合团队在三元辉锑矿薄膜中实现了创纪录的电子迁移率,这一突破性研究成果为未来的电子设备带来了新的希望···

材料的电子迁移率越高,其导电就越高效,电子通过时损失或浪费的能量就越少。具有高电子迁移率的先进材料对于更高效、更可持续的电子设备至关重要,这些电子设备可以用更少的功率完成更多的工作。mhqednc

最近,麻省理工学院(MIT)和美国陆军研究实验室的联合团队在三元辉锑矿薄膜中实现了创纪录的电子迁移率,这一突破性研究成果为未来的电子设备带来了新的希望。mhqednc

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辉锑矿是一种天然存在于金和石英深层热液矿床中的矿物,早在20世纪50年代,科学家就发现辉锑矿具有半导体特性,可能非常适合热电应用,而到20世纪90年代,有科学家提出这种矿物的热电性能可能会在其微观纳米级表面中得到显著增强mhqednc

在这项研究中,研究人员为了最小化晶体结构缺陷,生产出纯净的超薄辉锑矿薄膜,采用了分子束外延技术,即在真空条件下以精确控制的温度向基底发射分子束。当分子沉积在基底上时,它们会慢慢凝结并逐渐堆积,每次一个原子层,通过控制沉积分子的时间和类型,科学家可以生长出结构精确的超薄晶体薄膜,而且缺陷很少。研究团队制作的三元辉锑矿薄膜,每层厚度约为100纳米。mhqednc

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对于薄膜的电子特性,研究团队是通过Shubnikov-de Haas(SdH)量子振荡来测试的。SdH量子振荡是物理学家Lev Shubnikov和Wander de Haas发现的一种现象,他们发现在低温和强磁场条件下,材料的电导率会随磁场变化出现振荡,这种量子振荡可以作为材料电子结构以及电子行为和相互作用方式的标志。 mhqednc

研究团队将该薄膜暴露在超低温和强磁场中,让电流通过薄膜,并测量沿电流路径的电压,同时调高和调低磁场。研究结果显示,这种材料的电导率发生了振荡,根据研究人员的估计,三元辉锑矿薄膜的电子迁移率能达到10,000 cm 2 /V·s,这是迄今为止测量到的所有三元辉锑矿薄膜中最高的迁移率。mhqednc

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研究人员认为,薄膜的高迁移率可能与其自身的低缺陷和低杂质有关,材料的缺陷越少,电子遇到的障碍就越少,流动就越自由。用一个简单的比喻,以前的材料就好像是在施工的道路,堵车、尘土飞扬、一片混乱,而这种新的薄膜就好像是让电子行驶在空无一人的高速公路上。mhqednc

下一步,研究团队表示,他们将继续完善这种材料,使其薄膜更薄,并实现近距离耦合,以用于未来的自旋电子器件和可穿戴热电设备。mhqednc

责编:Ricardo
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