常溫導(dǎo)電率達100%的神奇材料
來源：中國科學報 2013-11-27
近日，由來自美國能源部下屬SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的科學家組成的科研團隊推算，由單層錫原子組成的材料能夠在常溫下?lián)碛?00%的導(dǎo)電效率。“如果該預(yù)測被實驗證實，那么這種材料將可極大地提升計算機芯片速度，并降低其能源消耗。”該團隊負責人，斯坦福大學材料與工程科學研究所教授張守成（音譯）說，“目前，全球已經(jīng)有多個實驗室正在進行這方面的驗證試驗。”相關(guān)研究日前發(fā)表于《物理評論快報》。
據(jù)了解，在過去的幾十年，張守成和同事一直在計算、研究一種名為拓撲絕緣體的電磁性質(zhì)。這種材料具有表面導(dǎo)電、內(nèi)部絕緣的特性。當厚度為一個原子大小時，其邊緣的導(dǎo)電效率可達100%。
張守成表示，這種不同尋常的特性由材料內(nèi)電子和原子核之間的相互作用所致。“該材料可在表面形成電子運動線路。在線路內(nèi)運動的電子不會受到任何阻礙，就像跑在德國的高速公路上一樣。”
在2006年和2009年，張守成團隊預(yù)測，碲汞化物和一種由鉍、銻、硒和碲等元素組成的混合物可能是拓撲絕緣體。不久，這些預(yù)測得到了證實。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩種物質(zhì)并不能在常溫下保持上述特性，進而限制了對它們的進一步應(yīng)用。
今年年初，來自清華大學的訪問學者徐勇（音譯）建議張守成團隊考慮單層原子錫材料。“我建議應(yīng)當考慮位于元素周期表右部的元素——錫。”徐勇說，“因為之前發(fā)現(xiàn)的拓撲絕緣體材料中都有出于該位置的重元素的參與。”
計算結(jié)果顯示，單層原子錫將是室溫條件下的拓撲絕緣體。并且，如果在這種材料中添加氟元素，將能使其導(dǎo)電溫度升高到100攝氏度。張守成表示，這種材料將首先被用于制造微處理器中的導(dǎo)線。其100%的導(dǎo)電率，將能極大地降低微處理器的能源消耗和發(fā)熱量。“今后，這種材料還能夠被用于制造更多的電路，包括替代晶體管中的硅材料。”張守成說，“或許，晶體管的誕生地——硅谷會改名為錫谷了。”
不過，業(yè)內(nèi)專家表示，制造這種材料的難點是如何確保錫原子的單層性，并且在芯片制造過程中維持這種單層性。（邱銳編譯）
