原子级半导体！下一代的自旋量子电子技术

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尽管电子器件越来越小，越来越快，但目前的晶体管只能缩小到一定程度，难以突破极限。

据报道，史蒂文斯理工学院的研究人员开发了一种新型的原子薄磁体半导体，这通过利用电子的电荷及其自旋的力量，将能够开发出以完全不同的方式工作的新型晶体管。

研究人员说，这可能提供了一种制造更小、更快的器件的方法，他们在2020年4月的《自然通讯》杂志上发表了这一发现。

自旋电子学是研究固态器件中电子的本征自旋及其相关的磁矩和电荷的学科。

由于摩尔定律，预计在不久的将来，标准电子器件将达到其“极限”。而自旋电子学提出了一种全新的电子 *** 作方式，并为标准电子器件的持续小型化提供了一种新的替代方案。

据悉，除了可以做到更小的器件，该团队的原子薄磁铁据说能够实现更快的处理速度、更高的存储容量和更少的能量消耗。

领导了这一项目的史蒂文斯机械工程EH Yang教授表示， “二维铁磁半导体材料中铁磁性和半导体特性共存，因为我们的材料可以在室温下工作，它使我们能够容易的半导体技术集成在一起。”

“在此材料中的磁场强度为0.5mT的而这样弱的磁场强度不能让我们拿起一个回形针，它是足够大的，以改变电子的自旋，其可用于量子比特应用，”加入史蒂文斯物理学教授斯特凡·斯特劳夫（Stefan Strauf）。

“这种材料的磁场强度是0.5 mT，虽然如此弱的磁场强度不能让我们吸起回形针，但它已足够强，足以改变电子的自旋，可以用于量子比特应用，” Stefan Strauf补充说。

研究人员认为，他们的发现可以为推进自旋电子学领域提供一个“关键平台”。

关于导体、半导体和绝缘体的知识点在事业单位公共基础知识的考题中出现过，在事业单位联考的常识题目中也时常会涉及。例如在山西的事业单位考试中曾经考查过这样的一道题目：

锗、硅、硒电阻率受外界条件影响极大，在电子技术和无线电技术中有广泛应用，这样的材料属于( )。

A. 导体

B. 绝缘体

C. 半导体

D. 超导体

此题的考点就是导体、半导体和绝缘体的类型和应用，而题目中的锗、硅、硒都属于半导体。今天，我就来给大家梳理一下生活中常见的导体、半导体和绝缘体。

考点1：生活中常见的导体

一、什么是导体

导体是指电阻率很小且易于传导电流的物质。导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。在外电场作用下，载流子作定向运动，形成明显的电流。

二、常见的导体

金属是最常见的一类导体，例如铝、铁、铜、银等，大部分金属都是导体。金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚，而成为自由电子，留下的正离子(原子实)形成规则的点阵。金属中自由电子的浓度很大，所以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大。金属导体的电阻率一般随温度降低而减小。在极低温度下，某些金属与合金的电阻率将消失而转化为“超导体”。

第二类常见的导体是电解质的溶液，例如酸、碱、盐水溶液。其载流子是正负离子。实验发现，大部分纯液体虽然也能离解，但离解程度很小，因而不是导体。

电离的气体也能导电，被称为气体导体，其中的载流子是电子和正负离子。通常情形下，气体是良好的绝缘体。如果借助于外界原因，如加热或用X射线、γ射线或紫外线照射，可使气体分子离解，因而电离的气体便成为导体。

生活中人们常用的物品，例如图钉、钢尺、铝条、铜线、水壶、回形针、钥匙、铅笔芯等都是导体。石墨、水、人体、大地、湿木等等也都是常见的导体。

考点2：生活中常见的绝缘体

一、什么是绝缘体

不善于传导电流的物质称为绝缘体，绝缘体又称为电介质。它们的电阻率极高。绝缘体和导体，没有绝对的界限。绝缘体在某些条件下可以转化为导体。这里要注意导电的原因：无论固体还是液体，内部如果有能够自由移动的电子或者离子，那么他就可以导电。没有自由移动的电荷，在某些条件下，可以产生导电粒子，那么它也可以成为导体。

二、常见的绝缘体

绝缘体的种类很多：第一类是固体，如塑料、橡胶、玻璃，陶瓷、琥珀等第二类是液体，如各种天然矿物油、硅油、三氯联苯等第三类是气体，如空气、二氧化碳、六氟化硫等。

生活中的玻璃棒、玻璃杯、塑料尺、橡皮、木块、尖刀柄、食用油等都是常见的绝缘体。

三、导体和绝缘体的关系

绝缘体和导体不是绝对的，二者之间没有不可逾越的鸿沟。二者的区分主要是内部能自由移动的电荷的数量，然而也跟外部条件(如电压、温度等)有关。在常温下绝缘的物体，当温度升高到相当的程度，由于可自由移动的电荷数量的增加，会转化成导体。

考点3：生活中常见的半导体

一、什么是半导体

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。

二、生活中常见的半导体及应用

无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

考点4：20世纪的新四大发明

20世纪的“新四大发明”——原子能、半导体、计算机、激光器，彻底改写了世界科技发展的历史。

试题练习：

下列科技领域的重大进展，不属于20世纪“新四大发明”的是( )。

A. 1906年圣诞前夜，雷吉纳德•菲森登在美国马萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播

B. 1946年，世界上第一台电子数字积分计算机——埃尼克在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生

C. 1954年，莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行，标志着人类和平利用原子能时代的到来

D. 1978年，利用半导体材料研制成的超大规模集成电路，集成度达10万以上，电子技术进入微电子时代

【答案】A

【解析】20世纪“新四大发明”是指：原子能、计算机、半导体、激光器。不包括无线电，故答案为A。

定义：(1)可在电场作用下流动自由电荷的物体。(2)能传导电流的元件。导体是善于导电的物体，即是能够让电流通过材料；不善于导电的物体叫绝缘体。（并不是能导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体，这是一般人常犯的错误）金属导体里面有自由运动的电子,导电的原因是自由电子.半导体随温度升高其电阻率逐渐变小,导电性能大大提高,导电原因是半导体内的空穴和电子对。在科学及工程上常用利用欧姆来定义某一材料的导电程度。

所以选D

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