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改變物理結構 石墨烯變身嶄新電子元件

成功大學物理系暨前沿量子科技研究中心教授陳則銘的研究團隊,將原本單純的「石墨烯」轉變為具有奇異量子特性的嶄新電子元件。(科技部提供)
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【大紀元2021年03月31日訊】(大紀元記者袁世鋼台灣台北報導)科技部31日舉行研究成果發表記者會,成功大學物理系暨前沿量子科技研究中心成功利用半導體產業常用的蝕刻技術來調控原子排列,將原本單純的「石墨烯」轉變為具有奇異量子特性的嶄新電子元件,不僅有助探索量子傳輸的物理科學,未來也有機會應用在量子科技中。

人類能否藉由調整物質材料的原子間距離與排列,進而賦予全新的物理特性?科技部指出,近年來科學家透過類似積木的概念,以錯位或扭角的方式堆疊,將石墨烯從零能隙半導體轉變成超導體、絕緣體,或變成具有鐵磁性。但要將單原子層厚度的二維材料在特定精確角度扭轉堆疊並不容易,實際操作及未來產業應用都有很大的難度與挑戰。

然而,成功大學物理系教授陳則銘與論文第一作者何昇晉博士的研究團隊,構想出利用半導體蝕刻技術來雕塑氮化硼基板表面,進行具有三維結構變化的堆疊,並與其他團隊開發出能進行原子級尺度雕刻的新穎技術。有別於以往單純將二維材料層層堆疊,新技術能將二維材料的晶格結構(原子排列)進行拉伸或扭曲變形,進而改變材料的物理特性。

陳則銘表示,研究團隊在具有人造晶格結構的石墨烯量子元件上,證實新的霍爾效應其存在完全不需任何磁場,並提出「非線性異常」、「偽磁場」等2個新的霍爾效應。他說明,過去只能使用不同的磁場進行調控,且無法局部控制,但現在只要用電的訊號就能達到霍爾效應,可以控制很小的元件;但應用方面還未實現,畢竟這是嶄新的發現。

霍爾效應於1879年由霍爾博士發現,「磁場會改變電場內的電荷運動及分布造成電位差」;以均勻在電路上往前移動的電子為例,若途中在一旁出現磁場時,電子就會被吸引靠邊,因分布不均勻而產生電壓差。科學界普遍認為磁場是霍爾效應生成的必要條件,並應用在許多IC及感應電路上。

左起為論文作者之一謝予強、陽明交通大學電子物理系助理教授羅舜聰、成功大學物理學系教授陳則銘、科技部自然司司長羅夢凡、成功大學物理學系助理教授張景皓、論文作者之一黃柏慈博士。
左起為論文作者之一謝予強、陽明交通大學電子物理系助理教授羅舜聰、成功大學物理學系教授陳則銘、科技部自然司司長羅夢凡、成功大學物理學系助理教授張景皓、論文作者之一黃柏慈博士。(科技部提供)

責任編輯:呂美琪

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