新型「超原子」材料击败矽，缔造迄今最快、最高效半导体纪录 https://bit.ly/3SuZxaU 导体材料是电子设备心脏，目前由矽主导，构成电晶体和积体电路基础，但矽的缺点在未 来很难满足更高效半导体元件需求。最近，哥伦比亚大学科学家发现一种新「超原子」材 料，缔造出迄今为止速度最快、效能最高的半导体纪录。 矽是目前最广泛应用的半导体材料，但矽本身的电子、电洞迁移速度在未来很难满足更高 效半导体元件需求。 在任何材料中，原子晶格结构都会发出微小振动并以声子形式传播，後者能散射电子或激 子等携带能量的粒子。当声子与电洞相互作用，会导致半导体内能量以热能方式耗散，从 而限制能量和资讯传输速度，这是该领域无法解决的障碍。 但哥伦比亚大学团队最近在实验室制造出由铼、硒、氯混合物组成的新材料，称为 Re6Se8Cl2，这些原子聚集後表现得像一个大原子──称为「超原子」，其半导体性能比 迄今已知的所有半导体材料都还要优秀。 研究人员发现，Re6Se8Cl2 的激子被声子撞击时并不会散射，而是与声子结合产生另一种 形式的准粒子，称为声激子-极化子，它们仍可携带能量，行进速度变得比一般激子慢─ ─但这最终导致比矽材料电子更快的传输速度。 https://i.imgur.com/iXGEMgx.png ▲ 矽材料的电子像兔子乱蹦，Re6Se8Cl2 材料的声激子-极化子像乌龟稳定前进。（ Source：哥伦比亚大学） 团队利用龟兔赛跑解释这种现象。当电子非常快速地穿过矽，它们往往会到处反弹分散， 以热量形式浪费能量，因此不是最有效传播路径；Re6Se8Cl2 材料内的极化子不受其他声 子散射作用影响，随着时间推移，这些准粒子反而移动得更远且更快。 或者说单看数据从 A 传输到 B 所需时间，Re6Se8Cl2 极化子移动速度事实上是矽材料电 子 2 倍。 研究人员称，使用这种材料制造的电子设备，理论上速度会比现有设备快 6 个数量级， 且室温下就能运作。 不过别指望这种特殊混合物材料很快就会出现在市场──以消费品来说，铼太稀有且昂贵 ，基本上不可能商用，但团队相信会有类似且更便宜的超原子材料表现出相同行为，或可 用更低成本的技术制造 Re6Se8Cl2，这都会大幅提升电脑晶片运作速度。 新论文发表在《科学》（Science）期刊。 https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf2698 --

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