超高壓下半導(dǎo)體材料可變身拓?fù)浣^緣體

物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，一個(gè)由中國吉林大學(xué)、美國華盛頓卡內(nèi)基研究所等單位研究人員組成的國際小組合作，通過對(duì)一種半導(dǎo)體施加壓力，將其轉(zhuǎn)變成了“拓?fù)浣^緣體（TI）”。這是首次用壓力逐漸“調(diào)節(jié)”一種材料，讓它變成了拓?fù)浣^緣狀態(tài)，也為先進(jìn)電子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ふ襎I材料開辟了新途徑。

拓?fù)浣^緣體內(nèi)部絕緣而表面或邊緣能導(dǎo)電，具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)。目前，研究人員能通過摻雜（加入少量其他元素）或“種植”（在基質(zhì)上生長(zhǎng)一個(gè)樣本，基質(zhì)是經(jīng)過選擇的，以引入結(jié)構(gòu)系，樣本在生長(zhǎng)過程中會(huì)有輕微結(jié)構(gòu)改變）的方法引發(fā)拓?fù)浣^緣態(tài)，這兩種方法都能改變電子行為，使一種材料表現(xiàn)得像TI材料，但它們還有其他問題。摻雜往往會(huì)帶來缺陷，使材料性質(zhì)不均一；基質(zhì)誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)系產(chǎn)生的TI材料不能連續(xù)調(diào)節(jié)，也無法可控地研究材料是怎樣從普通絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)橥負(fù)浣^緣體的。

在布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的國家同步加速器光源（NSLS）上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)就避免了這些缺點(diǎn)，研究中所用的半導(dǎo)體是一種鉍、碲和碘的化合物（BiTeI）。研究人員給一個(gè)BiTeI樣本施加了10GPa（大致相當(dāng)于10萬倍大氣壓）的壓力，并用NSLS的X-射線衍射和紅外光譜兩種光束技術(shù)跟蹤觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電子的變化。分析顯示，BiTeI在壓力范圍2GPa到8GPa時(shí)變成了拓?fù)浣^緣體。

“擴(kuò)充拓?fù)浣^緣材料家族非常困難?！辈剪斂撕Ｎ膶?shí)驗(yàn)室研究助理奚瀟湘（音譯）說，“實(shí)驗(yàn)表明，壓力是引起拓?fù)浣^緣相態(tài)的一種有效方式，這一技術(shù)對(duì)研究從普通材料到TI材料的相態(tài)轉(zhuǎn)變也非常有用?！?/p>