科技日报北京1月24日电 （采访人员张梦然）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 。

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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 。


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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 。
【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