中國粉體網(wǎng)11月25日訊 錫是人們比較熟悉的一種材料，在日常生活中極為常見，如錫紙、錫罐等。但就是這種普通材料，在經(jīng)由科學(xué)家特殊處理之后，不但成了比肩石墨烯的夢(mèng)幻材料，還有望打破計(jì)算機(jī)領(lǐng)域硅晶體一家獨(dú)大的局面。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)11月22日?qǐng)?bào)道，由美國斯坦福大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，一種由單層錫原子組成的復(fù)合材料，或許有望成為首個(gè)在計(jì)算機(jī)運(yùn)行溫度范圍內(nèi)導(dǎo)電效率達(dá)到100%的材料。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
研究人員為這種新材料創(chuàng)造了一個(gè)新詞——stanene，它由錫的拉丁文單詞stannum和石墨烯的英文單詞graphene組成。他們認(rèn)為這種新型單層材料擁有卓越的電氣性能，和石墨烯一樣具有廣泛的應(yīng)用前景。
領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)研究的斯坦福大學(xué)材料和能源科學(xué)研究所（SIMES）物理學(xué)家張首晟（音譯）稱，這種新材料能為電子鋪就一條不限速的“高速公路”，讓未來的計(jì)算機(jī)芯片速度更快、耗能更少。
十幾年來，張首晟和他的同事一直在對(duì)“拓?fù)浣^緣體”這種具有特殊電氣性能的材料進(jìn)行研究。與普通導(dǎo)體相比，拓?fù)浣^緣體的特殊性在于：電流只會(huì)從其表面和邊緣經(jīng)過，而其內(nèi)部則是完全絕緣的。當(dāng)拓?fù)浣^緣體只有一個(gè)原子厚時(shí)，其邊緣的導(dǎo)電效率可達(dá)到100%。這種獨(dú)特的現(xiàn)象由材料內(nèi)部電子與重原子核之間復(fù)雜的相互作用產(chǎn)生。
張首晟說，拓?fù)浣^緣體的神奇之處在于它天然地驅(qū)使電子沿著既定的路線前進(jìn)，速度不會(huì)受到任何限制。電子進(jìn)入了拓?fù)浣^緣體就好像汽車駛?cè)肓瞬幌匏俚母咚俟芬粯�。只要沿著高速公路（表面或者邊緣）行駛，電子的運(yùn)動(dòng)就不會(huì)受到任何阻礙。
在2006年和2009年，張首晟的團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)碲化汞與鉍、銻、硒和碲的幾種組合可以制成拓?fù)浣^緣體，很快就被實(shí)驗(yàn)證明是正確的。但所有的這些材料都不是完美的電導(dǎo)體，導(dǎo)電率無法達(dá)到100%，因此限制了這些材料在商業(yè)上的應(yīng)用。今年早些時(shí)候，清華大學(xué)訪問學(xué)者徐勇（音譯）與張首晟的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，決定將純凈的單層錫作為新的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
徐勇說：“我們知道應(yīng)該往化學(xué)元素周期表的右下部分找需要的元素。以前與拓?fù)浣^緣體相關(guān)的重要元素幾乎都出現(xiàn)在那里。”他們的計(jì)算表明，單層錫在室溫以及比室溫稍高的溫度中應(yīng)該是一種拓?fù)浣^緣體，而在其中增加氟原子則可以將溫度適應(yīng)范圍提升到至少100攝氏度。
張首晟說，這種由單層錫與氟制成的拓?fù)浣^緣體有望首先在微處理器制造中獲得應(yīng)用。新材料可以作為導(dǎo)線連接處理器中的各個(gè)部分。這種升級(jí)就如同把砂石路換成了不限速的高速公路，對(duì)電子器件效率的提升而言，意義非凡。如同從高速公路駛?cè)肫胀ǖ缆芬粯樱谟尚虏牧吓c傳統(tǒng)導(dǎo)體的結(jié)合部的這些“匝道”上，依然會(huì)出現(xiàn)“堵車”的狀況。但從總體來看，這種新材料制成的導(dǎo)線將顯著降低處理器的功耗和發(fā)熱量，讓速度更快、核心更多、耗能更少的處理器成為現(xiàn)實(shí)。
張首晟說：“最終我們可以預(yù)見，由單層錫制成的電路結(jié)構(gòu)將越來越多地在現(xiàn)實(shí)中獲得應(yīng)用，并逐步取代硅的核心地位。或許未來某一天，IT企業(yè)集中的地方將被人們稱為錫谷而不是硅谷�！�
研究人員為這種新材料創(chuàng)造了一個(gè)新詞——stanene，它由錫的拉丁文單詞stannum和石墨烯的英文單詞graphene組成。他們認(rèn)為這種新型單層材料擁有卓越的電氣性能，和石墨烯一樣具有廣泛的應(yīng)用前景。
領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)研究的斯坦福大學(xué)材料和能源科學(xué)研究所（SIMES）物理學(xué)家張首晟（音譯）稱，這種新材料能為電子鋪就一條不限速的“高速公路”，讓未來的計(jì)算機(jī)芯片速度更快、耗能更少。
十幾年來，張首晟和他的同事一直在對(duì)“拓?fù)浣^緣體”這種具有特殊電氣性能的材料進(jìn)行研究。與普通導(dǎo)體相比，拓?fù)浣^緣體的特殊性在于：電流只會(huì)從其表面和邊緣經(jīng)過，而其內(nèi)部則是完全絕緣的。當(dāng)拓?fù)浣^緣體只有一個(gè)原子厚時(shí)，其邊緣的導(dǎo)電效率可達(dá)到100%。這種獨(dú)特的現(xiàn)象由材料內(nèi)部電子與重原子核之間復(fù)雜的相互作用產(chǎn)生。
張首晟說，拓?fù)浣^緣體的神奇之處在于它天然地驅(qū)使電子沿著既定的路線前進(jìn)，速度不會(huì)受到任何限制。電子進(jìn)入了拓?fù)浣^緣體就好像汽車駛?cè)肓瞬幌匏俚母咚俟芬粯�。只要沿著高速公路（表面或者邊緣）行駛，電子的運(yùn)動(dòng)就不會(huì)受到任何阻礙。
在2006年和2009年，張首晟的團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)碲化汞與鉍、銻、硒和碲的幾種組合可以制成拓?fù)浣^緣體，很快就被實(shí)驗(yàn)證明是正確的。但所有的這些材料都不是完美的電導(dǎo)體，導(dǎo)電率無法達(dá)到100%，因此限制了這些材料在商業(yè)上的應(yīng)用。今年早些時(shí)候，清華大學(xué)訪問學(xué)者徐勇（音譯）與張首晟的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，決定將純凈的單層錫作為新的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
徐勇說：“我們知道應(yīng)該往化學(xué)元素周期表的右下部分找需要的元素。以前與拓?fù)浣^緣體相關(guān)的重要元素幾乎都出現(xiàn)在那里。”他們的計(jì)算表明，單層錫在室溫以及比室溫稍高的溫度中應(yīng)該是一種拓?fù)浣^緣體，而在其中增加氟原子則可以將溫度適應(yīng)范圍提升到至少100攝氏度。
張首晟說，這種由單層錫與氟制成的拓?fù)浣^緣體有望首先在微處理器制造中獲得應(yīng)用。新材料可以作為導(dǎo)線連接處理器中的各個(gè)部分。這種升級(jí)就如同把砂石路換成了不限速的高速公路，對(duì)電子器件效率的提升而言，意義非凡。如同從高速公路駛?cè)肫胀ǖ缆芬粯樱谟尚虏牧吓c傳統(tǒng)導(dǎo)體的結(jié)合部的這些“匝道”上，依然會(huì)出現(xiàn)“堵車”的狀況。但從總體來看，這種新材料制成的導(dǎo)線將顯著降低處理器的功耗和發(fā)熱量，讓速度更快、核心更多、耗能更少的處理器成為現(xiàn)實(shí)。
張首晟說：“最終我們可以預(yù)見，由單層錫制成的電路結(jié)構(gòu)將越來越多地在現(xiàn)實(shí)中獲得應(yīng)用，并逐步取代硅的核心地位。或許未來某一天，IT企業(yè)集中的地方將被人們稱為錫谷而不是硅谷�！�
