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相变材料中无质量电子的发现为未来的电子学提供了下一步

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-14 】 点击次数:
研究人员发现,在可擦写光盘(例如CD和DVD)中使用的化合物中,表现得好像没有质量的电子一样,称为狄拉克电子。在这种相变材料中发现“无质量”的电子可以导致更快的电子设备。
(左)相变化合物GeSb2Te4的混合晶体相的晶体结构。(中)晶体GeSb2Te4的角度分辨光发射光谱,显示出穿过费米能级的线性色带。(右)基于这项研究的晶体GeSb2Te4的示意带结构图片来源:广岛大学木村晃男

该国际团队于7月6日在美国化学会杂志ACS Nano上发布了他们的结果。
 
GeSb 2 Te 4化合物是一种相变材料,意味着其原子结构在加热下从非晶态转变为结晶态。每种结构都有各自的特性且可逆,使该化合物成为可在电子设备中多次写入和重写信息的理想材料。
 
论文的作者,理学研究生院和研究生的教授木村明夫说:“相变材料由于它们的两个相之间在光学和电学性质上的鲜明对比而引起了人们的极大关注。”广岛大学高级科学与工程学院。“ 已经解决了非晶相中电子结构的问题,但尚未研究结晶相中电子结构的实验研究。”
 
研究人员发现,GeSb 2 Te 4的晶相具有狄拉克电子,这意味着它的行为类似于石墨烯,后者是由单层碳原子组成的导电材料。他们还发现,晶体结构的表面与拓扑绝缘体具有相同的特性,该拓扑绝缘体的内部结构保持静态,而表面进行电活动。

相变材料的非晶相(左)和结晶相(右)的示意图,它们说明了相变过程中的原子重排。非晶相表现出具有大电阻率的半导体特性,而结晶相表现出具有低得多的电阻率的金属特性。图片来源:广岛大学木村晃男
 
“无定形相表现出具有大电阻率的半导体行为,而结晶相表现得像具有低得多的电阻率的金属,”论文作者兼研究生院物理科学系助理教授Munisa Nurmamat说以及广岛大学大学院科学工学研究科。“ GeSb 2 Te 4的晶相可以看作是石墨烯的3-D类似物。”
 
根据Nurmamat和Kimura的研究,石墨烯已被研究人员认为是一种高速导电材料,但其固有的低导通电流和截止电流比限制了其在电子设备中的应用。作为石墨烯的3D版本,GeSb 2 Te 4结合了速度和灵活性,可设计出下一代电气开关设备。
 

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