德克萨斯大学达拉斯分校的物理学家发表了新的研究成果，研究了可用于下一代晶体管和电子产品的材料的电学特性。

物理系助理教授张帆博士和物理系高级学生Armin Khamoshi最近在该杂志上发表了他们关于过渡金属二硫代化合物(TMDs)的研究自然通讯．张是该论文的共同通讯作者，Khamoshi是该论文的共同第一作者，该论文还包括香港科技大学的合作科学家。

近年来，科学家和工程师们开始对tmd感兴趣，部分原因是tmd在许多方面优于石墨烯，石墨烯是一种单原子厚的二维碳原子晶格薄片。自2004年首次分离出石墨烯以来，人们一直在研究它在晶体管中取代传统半导体的潜力，从而进一步缩小晶体管的尺寸。石墨烯是一种特殊的导体，它是一种电子易于移动的材料，具有很高的迁移率。

“人们认为石墨烯可以用于晶体管，但在晶体管中，你需要能够开关电流，”张说。“然而，使用石墨烯，电流无法轻易切断。”

除了石墨烯

在寻找替代品的过程中，科学家和工程师们转向了tmd，这种材料也可以制成薄的二维薄片，或只有几个分子厚的单分子层。

Khamoshi说:“tmd具有石墨烯所不具备的东西——一个能隙，可以控制电子的流动，从而控制电流的开关。”“这种差距使得tmd非常适合用于晶体管。tmd也是很好的圆偏振光吸收器，因此可以用于探测器。由于这些原因，这些材料已经成为一个非常受欢迎的研究课题。”

Khamoshi说，其中一个挑战是优化和增加TMD材料的电子迁移率，这是开发TMD材料用于晶体管的关键因素。

在他们最近的项目中，张和Khamoshi提供了理论工作，以指导香港小组逐层建造TMD装置，并利用磁场来研究电子如何通过该装置。TMD的每一层都有3个分子厚，这些层被夹在两层氮化硼分子之间。

电子的行为控制着这些材料的行为，”张说。“我们希望利用高度移动的电子，但这非常具有挑战性。我们在香港的合作者通过设计一种显著提高电子迁移率的方法，在这个方向上取得了重大进展。”

研究小组发现，电子在TMD中的行为取决于使用的TMD层数是偶数还是奇数。

“这种依赖层的行为是一个非常令人惊讶的发现，”张说。“你有多少层并不重要，重要的是你有奇数层还是偶数层。”

电子物理

由于TMD材料在单个原子和电子的尺度上工作，研究人员将量子物理学纳入了他们的理论和观察中。与经典物理学不同的是，经典物理学描述的是我们可以看到和触摸到的大规模物体的行为，量子物理学控制的是非常小的粒子领域，包括电子。

在日常电子设备的尺寸尺度上，电子通过电线的行为就像粒子流。然而，在量子世界中，电子表现得像波，二维材料在磁场存在下的电横向电导不再像流——它以离散的步骤变化，张说。这种现象被称为量子霍尔电导。

“量子霍尔电导可能一步一步地改变，或者两步两步地改变，等等，”他说。“我们发现，如果我们在设备中使用偶数个TMD层，就会出现12级量子电导。如果我们给它施加足够强的磁场，它会一次改变6步。”

使用奇数层加上低磁场也会在tmd中产生6级量子霍尔电导，但在更强的磁场下，它变成了3步3步的现象。

“我们在TMD设备中预测和观察到的量子霍尔电导类型从未在任何其他材料中发现，”张说。“这些结果不仅揭示了TMD材料的内在特性，而且证明了我们在器件中实现了高电子迁移率。这给了我们希望，有一天我们可以将tmd用于晶体管。”

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了下:快速原型

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