超薄半导体首次电连接到超导体

伯尔尼大学的研究人员第一次装备了一个具有超导接触的超薄半导体。这些极薄的材料具有新颖的电子和光学特性,可以为以前无法想象的应用铺平道路。与超导体结合,有望产生新的量子现象,并在量子技术中得到应用。

无论是在智能手机,电视机或建筑技术中,半导体都在电子产品中发挥着核心作用,因此在日常生活中发挥着核心作用。与金属相比,可以通过施加电压来调节电导率,从而打开和关闭电流。

为了对未来的电子和量子技术的应用,研究人员专注于开发由半导体材料的单层(单层)组成的新组件。一些天然存在的材料具有半导体性质的特征,其单层,堆叠以形成三维晶体。在实验室中,研究人员可以分离这些层 - 这与单个分子不厚 - 并使用它们来构建电子元件。

新的性质和现象

这些超薄半导体有望提供其他方面很难控制的独特特性,例如利用电场影响电子的磁矩。此外,在这些半导体单分子膜中发生了复杂的量子力学现象,可能在量子技术中有应用。

全世界科学家正在调查这些薄半导体如何堆叠以形成新的合成材料,称为van der Wa种异性结构。然而,到目前为止,它们没有成功地组合这种单层与超导触点以便更深地进入新材料的性质和特性。

超导触点

由瑞士玉兰油大学纳米科学研究所的克里斯蒂安斯奇贝格教授和伯尔尼大学物理系的研究小组Andreas Baumgartner博士领导的物理学家小组,首次将超导二硫化钼组装成单层。(见方框)

这种半导体和超导体的组合如此有趣的原因是专家期望这种组成部分表现出新的性质和物理现象。“在超导体中,电子将自己设置成对,就像舞蹈的合作伙伴一样 - 具有奇怪的和精彩的后果,例如没有阻力的电流的流动,”研究的研究项目经理Baumgartner解释说明。“在半导体钼二硫化物中,另一方面,电子表现完全不同的舞蹈,这也包括它们的磁矩。现在我们想了解哪些新的和异国情调的舞蹈,电子如果我们结合这些材料。“

适合用作平台

超导电性所需的低温下的电气测量——刚好高于绝对零度(-273.15℃)——清楚地显示了超导体造成的影响;例如,在某些能量下,单电子不再被允许。此外,研究人员还发现了半导体层和超导体之间存在强耦合的迹象。

“强耦合是我们期望在此类范德沃尔斯的新的和令人兴奋的物理现象中的关键因素,但从来没有能够展示,”这项研究的主要作者Mehdi Ramezani说。

“当然,我们总是希望在电子和量子技术中进行新的应用,”Baumgartner说。“原则上,我们为半导体层开发的垂直触点可以应用于大量半导体。我们的测量表明,这些混合单层半导体组件确实可以与其他更加异落的接触材料铺平,这将为进一步洞察力铺平,“他补充道。

详细制造制造过程

在由不同材料制成的三明治中制造新部件需要大量不同的步骤。在每个步骤中,避免污染都很重要,因为它们会严重损害电荷的传输。

为了保护半导体,研究人员在两层薄的氮化硼层之间封装了一层二硫化钼,通过这层二硫化钼,他们之前使用电子束光刻和离子刻蚀对触点进行了垂直刻蚀。然后,他们沉积一层薄薄的钼铼作为接触材料——这种材料即使在强磁场下也能保持其超导特性。

研究人员在手套箱中的保护性氮气气氛下工作,将氮化硼层堆叠在二硫化钼层上,并将底部与另一层氮化硼层以及一层石墨烯结合,用于电气控制。然后,研究人员将这种精细的范德华异质结构放置在硅/二氧化硅晶片的顶部。

媒体接触

andreas baumgartner博士
伯尔尼大学瑞士纳米科学研究所

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