科学家研制出“最纯”半导体
研究人员创造了世界上最纯的砷化镓样品，图片展示了样品在相对较弱的磁场下的奇异效应。图片来源：普林斯顿大学
美国研究人员日前研制出世界上最纯净的砷化镓样品。砷化镓是一种半导体，可为手机和卫星等提供动力。
研究小组将材料烘焙至每100亿个原子中仅含1个杂质的高纯度，这甚至超过了用于验证1公斤标准原型的世界上最纯的硅样品。由此生成的砷化镓芯片是一个铅笔头上橡皮擦大小的正方形结构，使得研究小组能够深入研究电子的本质。
他们没有把这个芯片送入太空，而是将超纯样本带到普林斯顿大学工程学院的地下室，给它通电，并冷冻到比太空更低的温度，然后将其置于一个强大的磁场中，施加电压，同时发送电子穿过夹在材料晶体层之间的二维平面。当他们降低磁场强度时，发现了一系列令人惊讶的效应。
这项近日发表在《自然—材料》的研究表明，许多推动当今最先进物理学的现象，可在远比以前想象的弱得多的磁场中观察到。较低的磁场强度可以让更多的实验室研究隐藏在这种二维**中的神秘物理问题。更令人兴奋的是，根据研究人员的说法，这些尚未有既定理论框架的物理学效应，为进一步探索量子现象铺平了道路。
令人惊讶的是，研究小组还在磁场中观测到电子排列成晶格结构，即维格纳晶体现象。科学家之前认为维格纳晶体需要极强的磁场——约14特斯拉。该研究第一作者、普林斯顿大学博士Kevin Villegas Rosales说：“这种强度足以让一只青蛙悬浮起来。”但这项研究表明，电子可以在不到1特斯拉的条件下结晶。“我们只是需要超高的质量才能看到这种现象。”
该团队还观察到**电阻中80%以上的“振荡”，以及被称为“分数量子霍尔效应”的更大的“激活间隙”。分数量子霍尔效应是凝聚态物理和量子计算的一个关键主题。
新研究是普林斯顿大学电子和计算机工程教授、首席研究员Mansour Shayegan和高级研究学者Loren Pfeiffer持续合作的一部分。约10年前，Shayegan和当时在贝尔实验室工作的Pfeiffer在寻找更纯净的材料方面一直保持着友好的竞争，这使他们能够研究更有趣的物理问题。
后来，Pfeiffer加入了普林斯顿大学。作为同事，他们开始合作，并很快就形成了一种自然的分治方法解决以前一直试图回答的问题。在那之后的十多年里，Pfeiffer团队建造了世界上**的材料沉积仪器，而Shayegan团队则改进了研究超纯材料的物理学方法。（冯维维）
来源： 《我国科学报》
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