硒化铋：引导半导体变革的新材料

《自然材料》杂志8月17日发表论文报道：美国明尼苏达大学的一个研究小组开发出了一种能有效提高计算机处理和记忆效率的新材料。“我们使用了一种在过去几年中备受半导体行业关注的量子材料，并以独特的生产方式使其具备了新的物理和自旋电子特性，从而可以极大地提高计算和内存效率。” 明尼苏达大学首席研究员Jian-Ping Wang教授与电气工程系主任Robert F. Hartmann说道。

在这项研究中，研究人员使用了硒化铋（Bi2Se3）。另外，他们使用了一种被称为“溅射”的薄膜沉积技术，该技术由目标材料中离子和原子之间的动量交换驱动。虽然在半导体产业很常见，但这是溅射技术首次被用于制造可应用在半导体和磁性材料工业的拓扑绝缘体材料。溅射产生的拓扑绝缘层中小于6nm的纳米颗粒为材料创造了新的物理特性——改变了材料中电子的行为。研究人员发现，与现有材料相比，这种材料在计算处理和记忆方面的效率要高出18倍。

研究人员利用明尼苏达大学独特的高分辨率透射电子显微镜技（TEM）研究了这种材料。化学工程与材料科学副教授兼电子显微镜专家Andre Mkhoyan说：“利用先进的畸变校正扫描瞬变电磁法，我们成功地识别出了纳米大小的颗粒及其在薄膜中的界面。”研究人员表示，这一发现可能为半导体行业以及相关行业，如磁随机存取存储器（MRAM）技术的进一步发展打开了大门。

Wang补充说道：“使用溅射技术来制造量子材料，比如基于铋-硒化物的拓扑绝缘体，违背了该领域所有研究人员的直觉。四年前，在半导体研究公司和国防高级研究计划局的大力支持下，我们开始寻找一条切实可行的道路，将拓扑绝缘体材料用于未来的计算和存储设备。我们的实验发现为拓扑绝缘体材料提供了一种新的理论。”