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改变物理结构 石墨烯变身崭新电子元件

成功大学物理系暨前沿量子科技研究中心教授陈则铭的研究团队,将原本单纯的“石墨烯”转变为具有奇异量子特性的崭新电子元件。(科技部提供)
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【大纪元2021年03月31日讯】(大纪元记者袁世钢台湾台北报导)科技部31日举行研究成果发表记者会,成功大学物理系暨前沿量子科技研究中心成功利用半导体产业常用的蚀刻技术来调控原子排列,将原本单纯的“石墨烯”转变为具有奇异量子特性的崭新电子元件,不仅有助探索量子传输的物理科学,未来也有机会应用在量子科技中。

人类能否藉由调整物质材料的原子间距离与排列,进而赋予全新的物理特性?科技部指出,近年来科学家透过类似积木的概念,以错位或扭角的方式堆叠,将石墨烯从零能隙半导体转变成超导体、绝缘体,或变成具有铁磁性。但要将单原子层厚度的二维材料在特定精确角度扭转堆叠并不容易,实际操作及未来产业应用都有很大的难度与挑战。

然而,成功大学物理系教授陈则铭与论文第一作者何昇晋博士的研究团队,构想出利用半导体蚀刻技术来雕塑氮化硼基板表面,进行具有三维结构变化的堆叠,并与其他团队开发出能进行原子级尺度雕刻的新颖技术。有别于以往单纯将二维材料层层堆叠,新技术能将二维材料的晶格结构(原子排列)进行拉伸或扭曲变形,进而改变材料的物理特性。

陈则铭表示,研究团队在具有人造晶格结构的石墨烯量子元件上,证实新的霍尔效应其存在完全不需任何磁场,并提出“非线性异常”、“伪磁场”等2个新的霍尔效应。他说明,过去只能使用不同的磁场进行调控,且无法局部控制,但现在只要用电的讯号就能达到霍尔效应,可以控制很小的元件;但应用方面还未实现,毕竟这是崭新的发现。

霍尔效应于1879年由霍尔博士发现,“磁场会改变电场内的电荷运动及分布造成电位差”;以均匀在电路上往前移动的电子为例,若途中在一旁出现磁场时,电子就会被吸引靠边,因分布不均匀而产生电压差。科学界普遍认为磁场是霍尔效应生成的必要条件,并应用在许多IC及感应电路上。

左起为论文作者之一谢予强、阳明交通大学电子物理系助理教授罗舜聪、成功大学物理学系教授陈则铭、科技部自然司司长罗梦凡、成功大学物理学系助理教授张景皓、论文作者之一黄柏慈博士。
左起为论文作者之一谢予强、阳明交通大学电子物理系助理教授罗舜聪、成功大学物理学系教授陈则铭、科技部自然司司长罗梦凡、成功大学物理学系助理教授张景皓、论文作者之一黄柏慈博士。(科技部提供)

责任编辑:吕美琪

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