德國(guó)維爾茨堡—德累斯頓卓越集群ct.qmat團(tuán)隊(duì)的理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種由鋁鎵砷制成的半導(dǎo)體器件。這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的研究發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上。

實(shí)現(xiàn)拓?fù)溱吥w效應(yīng)的量子半導(dǎo)體器件盡管存在材料變形或其他外部擾動(dòng)，電子沿邊緣流動(dòng)（藍(lán)色圓圈）仍可確保無(wú)與倫比的穩(wěn)健性。這種量子半導(dǎo)體標(biāo)志著微型拓?fù)潆娮悠骷l(fā)展的突破。 圖片來(lái)源：CHRISTOPH M?DER/PIXELWG

由于拓?fù)溱吥w效應(yīng)，量子半導(dǎo)體上不同觸點(diǎn)之間的所有電流都不受雜質(zhì)或其他外部擾動(dòng)的影響。這使得拓?fù)淦骷?duì)半導(dǎo)體行業(yè)越來(lái)越有吸引力，因?yàn)槠湎藢?duì)材料純度的要求，而材料提純成本極高。拓?fù)淞孔硬牧弦云渥吭降姆€(wěn)健性而聞名，非常適合功率密集型應(yīng)用。新開(kāi)發(fā)的量子半導(dǎo)體既穩(wěn)定又高度準(zhǔn)確，這種罕見(jiàn)組合使該拓?fù)淦骷蔀閭鞲衅鞴こ讨辛钊伺d奮的新選擇。

利用拓?fù)溱吥w效應(yīng)可制造新型高性能量子器件，而且尺寸也可做得非常小。新的拓?fù)淞孔悠骷睆郊s為0.1毫米，且可輕松地進(jìn)一步縮小。這一成就的開(kāi)創(chuàng)性在于，首次在半導(dǎo)體材料中實(shí)現(xiàn)了微觀尺度的拓?fù)溱吥w效應(yīng)。這種量子現(xiàn)象3年前首次在宏觀層面得到證實(shí)，但只是在人造超材料中，而不是在天然超材料中。因此，這是首次開(kāi)發(fā)出高度穩(wěn)健且超靈敏的微型半導(dǎo)體拓?fù)淞孔悠骷?/p>

通過(guò)在鋁鎵砷半導(dǎo)體器件上創(chuàng)造性地布置材料和觸點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)在超冷條件和強(qiáng)磁場(chǎng)下成功誘導(dǎo)出拓?fù)湫?yīng)。他們采用了二維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，觸點(diǎn)的排列方式可在觸點(diǎn)邊緣測(cè)量電阻，直接顯示拓?fù)湫?yīng)。

研究人員表示，在新的量子器件中，電流—電壓關(guān)系受到拓?fù)溱吥w效應(yīng)的保護(hù)，因?yàn)殡娮颖幌拗圃谶吘?。即使半?dǎo)體材料中存在雜質(zhì)，電流也能保持穩(wěn)定。此外，觸點(diǎn)甚至可檢測(cè)到最輕微的電流或電壓波動(dòng)。這使得拓?fù)淞孔悠骷浅＿m合制造尺寸極小的高精度傳感器和放大器。