科學家發現電腦芯片製造新材料"碲化鉍" 運算速度大增

矽谷在不久的未來也許就要更名了，美國科學家已證實，「碲化鉍」可大大提高電腦芯片的運算速度和工作效率。使用現有半導體技術，此種材料即可允許電子在室溫條件下無能耗地在其表面運動，這將給芯片的運行速度帶來飛躍，甚至可能會成為以自旋電子學為基礎的下一代全新電腦技術的基石。

《科技日報》指出，此項發現是美國能源部斯坦福線性加速器中心 (SLAC) 的國家加速器實驗室與斯坦福大學材料和能源科學研究所 (SIMES) 科學家共同努力的結果。

美國物理學家陳榆林、沈志勳等於 6 月 11 日的《科學快訊》網絡版上發表了對碲化鉍電子特性的測試報告。測試結果顯示，該材料具有拓撲絕緣體的明顯特徵，可使電子在其表面自由流動，同時不損耗任何能量。

實驗人員使用 SLAC 斯坦福同步輻射光源和勞倫斯伯克利國家實驗室先進光源發出的 X 光對碲化鉍樣品進行了測試。他們在調查其電子特性時發現，其具有拓撲絕緣子的明顯特徵，而且碲化鉍的實際特性還優於其理論特性。實驗顯示，碲化鉍可耐受比理論預測更高的溫度，這也意味著此種材料更接近於科學家想象中的應用。

新華網報導，這種神奇特性可能源於那些意外地行動不暢的電子。每個電子的量子自旋要和電子的運動相對應，這就是量子自旋霍爾效應，此一調整是創建自旋電子器件的重要組成部分。

研究人員解釋說，當你擊打一個東西時，它通常會散開，還有可能反彈回來，但量子自旋霍爾效應意味著你不能按照完全相反的路徑將其反射回去。由此造成的戲劇性效果就是電子毫無阻力的流動，將一個電壓加至一拓撲絕緣體上，此一特殊自旋電流就會流動，且不會造成材料的發熱和消散。

拓撲絕緣體不是常規的超導體，也不能用於超高效電源線，因為其只能攜帶很小的電流，但其為微芯片開發的范式轉移鋪平了道路，這將導致自旋電子學的新應用，即利用電子自旋來攜帶信息。

而且，碲化鉍在實際應用中非常易於生產和使用，這種三維材料可通過現有成熟的半導體技術進行制造，也還很容易進行摻雜，如此可相當容易地調諧其性能。