作者:密歇根大学的Gabe Cherry
该电子显微镜图像显示了热处理过程前后硫化钽的各个二维层中的原子
在热处理之前，所有的层都以八面体几何形状结合
热处理后，大多数层以棱柱几何形状结合
剩余的八面体层呈现有序的电荷密度波，并从导体切换到绝缘体
白色比例尺代表两个纳米
学分:密歇根大学孙淑贤 密歇根大学开发了一种半导体材料，它能在室温以上实现从导体到绝缘体的量子“翻转”
它有可能让世界更接近新一代量子设备和超高效电子产品
在只有一个原子厚的二维硫化钽层中观察到，支持这种量子翻转的奇异电子结构以前只在-100华氏度的超低温下稳定
这种新材料在高达170华氏度时保持稳定
“我们已经为电子和量子材料的未来开辟了一个新的游乐场，”罗伯特·霍登说，他是U-M材料科学和工程助理教授，也是《自然通讯》论文的通讯作者
“它代表了一种全新的进入异国他乡的方式
" Hovden解释说，奇异的量子特性——比如从导体切换到绝缘体的能力——可能是下一代计算机的关键，它提供了更多存储信息的方式，并加快了状态之间的切换
这可能会带来更强大、更节能的设备
今天的电子产品使用微小的电子开关来存储数据；“开”是1，“关”是0，当电源关闭时，数据消失
未来的设备可以使用其他状态，如“导体”或“绝缘体”来存储数字数据，只需要一点点能量就可以在状态之间切换，而不需要稳定的电流
然而，在过去，这种奇异的行为只在超低温下的材料中观察到
最终目标是开发出能够在室温下根据需求快速从一种状态“翻转”到另一种状态的材料
霍登说，这项研究可能是朝着这个方向迈出的重要一步
他说:“之前在超低温下的研究表明，一次又一次地按需制造这种翻转是可能的。”
“这不是这个项目的重点，但我们能够在室温下保持一次翻转的稳定性，这一事实开启了许多令人兴奋的可能性
" 该电子显微镜视频显示，在热处理过程中，硫化钽层从八面体状态转变为棱柱状态
学分:密歇根大学孙淑贤 从导体到绝缘体的翻转是由一种叫做电荷密度波的现象支持的，这种现象是一种有序的晶体状正负电荷模式，在某些条件下会自发产生
霍登说:“以前在硫化钽的大块样品中观察到电荷密度波，但这种材料必须处于超低温。”
“通过将几个二维层交织在一起，我们能够使它更加稳定
" 研究小组首先制作了几层单原子厚的硫化钽夹在一起的样品
每一层都是半导体，处于所谓的八面体状态，指的是钽和硫原子的特定排列
虽然存在一些电荷密度波，但它们太不稳定和无序，不会像导体-绝缘体翻转那样产生奇异行为
但是，Hovden实验室的研究生研究员、该论文的第一作者Suk Hyun Sung在电子显微镜下观察过程时，通过在无氧环境中加热来改变样品的性质
随着样品的加热，各层开始一层一层地转换成棱柱状——这是同一原子的不同排列
当大部分(但不是全部)层已经切换到棱柱状态时，Sung将样品冷却回室温
他发现，保持八面体状态的层呈现出有序而稳定的电荷密度波，并且在高达170华氏度的温度下保持这种状态
此外，这些层已经从半导体变成了绝缘体
“大多数2D材料都有缺陷，无论它们坐在什么上面，空气中有什么，这使得它们非常不稳定，”宋先生说
“但我们发现，当八面体层位于几个棱柱层之间时，它们要稳定得多
" 该团队正在进一步研究这一现象，调整过程的更多变量，并测试控制电荷密度波激发的奇异行为的机制
目前，这一新发现让他们对量子态和二维材料的工作有了重要的一瞥
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