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美國東北大學科學家發現一種新形式高密度硅有望應用于量子計算等領域

2022-10-09 10:10:35 來源：科技日報

美國東北大學科學家主導的國際科研團隊發現了一種新形式的高密度硅，并開發出一種新型可擴展的無催化劑蝕刻技術，能將這種硅制成直徑為2—5納米的超窄硅納米線。這一成果發表于最新一期《自然·通訊》雜志，有望給半導體行業帶來革命性變化，還有望應用于量子計算等領域。

十年前，東北大學研究人員在實驗中發現了擁有“非常非常微小”線狀納米結構的硅。此后的計算機建模顯示，這種材料擁有高壓縮結構，尺寸比普通硅小10%—20%，而普通硅在這種壓縮狀態下通常不穩定。研究表明，新型硅頂部有很薄一層氧化物，這可能有助于讓其維持壓縮狀態。

傳統硅的帶隙(決定半導體材料內的電子在受到外源刺激時導電所需的能量)為1.11電子伏特，但新型硅的帶隙為4.16電子伏特，創下世界紀錄。

超寬帶隙意味著這種材料需要更大刺激才能導電，但也表明其可在高功率、高溫和高頻下工作，因此用這種新材料生產的硅納米線將適用于電子、晶體管、二極管和LED器件等領域。

研究團隊還發明了一種生產硅納米線的新方法——無需催化劑的化學氣相蝕刻，可制造出僅為目前商用硅納米線1/20到1/10的納米線。

研究人員表示，這種新型硅對半導體行業很有吸引力，可用于無線電、雷達和太陽能電池等光伏領域。新型硅納米線還可改善鋰離子電池的性能，拓展其應用領域。由于新型硅納米線的尺寸非常小，因此可在其中操縱各種有趣的量子現象，用于量子計算領域處理量子信息。

研究團隊下一步計劃更好地理解這一過程背后的所有化學原理，并弄清為什么這種形式的壓縮硅如此穩定，也希望優化蝕刻工藝，使納米線表面更光滑，以進一步擴大其規模用于工業生產。

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