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半导体可以表现得像金属,甚至像超导体一样

斯旺西/罗斯托克联合研究小组的研究表明,半导体材料表面的晶体结构可以使其表现得像金属,甚至像超导体一样。这一发现潜在地为更节能的电子设备之类的发展打开了大门。

半导体是晶体管、集成电路、传感器和LED的有源部件,半导体材料主要基于硅,是当今电子工业的核心。我们日常生活中的电视机、计算机、照明元件以及移动电话中都使用了半导体产品。另一方面,金属材料将有源电子组件连接起来,是各种设备器件的框架。

由斯旺西大学化学系的克里斯蒂安·克林克教授和德国罗斯托克大学领导的研究小组对半导体材料表面的晶体进行了分析。

研究小组将一种称为胶体合成的方法应用于硫化铅纳米线,结果表明构成晶体的铅原子和硫原子可以以不同的方式排列,并且排列方式影响了材料的性能。

在大多数配置中,两种类型的原子混合在一起,并且整个结构显示出预期的半导体行为。但是,研究小组发现,通过对晶体的仅包含铅原子的所谓{111}面执行一个特定“切割”,材料就会表现出金属特性。这意味着纳米线承载的电流要大得多,它们的晶体管行为受到抑制,它们不像半导体那样响应照明,并且它们表现出与金属相反的温度依赖性。

斯旺西/罗斯托克团队的研究人员之一Mehdi Ramin博士说:“我们发现可以合成具有不同面的硫化铅纳米线,使它们看起来像笔直的或曲折的线之后,就会对其电子性能产生影响。”

然后,研究小组有了第二个发现:在低温下,纳米结构的表皮甚至表现得像超导体,这意味着电子以低得多的电阻传输通过结构。

负责这项研究的斯旺西大学和罗斯托克大学的克里斯蒂安·克林克教授说:“这种行为是惊人的,当然还需要更详细地研究。但是,它已经给出了令人兴奋的新见解,使人们可以根据结构及其将来可能发生的变化来掌握相同材料如何具有不同的基本物理特性。一种潜在的应用是无损的能量传输,这意味着不会浪费任何能量。通过进一步优化原理并将原理转移到其他材料上,可以取得重大进展,这可能会带来新的高效电子设备。”

论文标题为《Function Follows Form: From Semiconducting to Metallic toward Superconducting PbS Nanowires by Faceting the Crystal》。

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