神秘Mott相变有望做出更好的电子组件?

2015-09-22 13:21:00
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       莫特相变(Mott transition)至今仍是一个未能充份理解的现象,只知道它发生在转移金属硫族化合物和金属氧化物的过程中。一般认为它是一种可受热驱动的绝缘体—金属相变组件,但也可以经由电流、压力与掺杂以及透过原子级薄层内的量子限制调整结构。

       在这方面的最新发现来自荷兰温特大学(University of Twente)纳米技术研究所MESA+ Insitute以及美国能源部(DoE)阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研究人员共同组成的跨国研究团队。

       这个发现连结了相变的经典与量子力学观点,并揭露了目前所知有限的非平衡物理学。大部份的物理学依据的主要前提假设是系统趋向于达到稳定且平衡的状态。而根据研究人员表示,新的发现可望根据Mott相变组件进一步发展出一种更有效益的电子产品形式。

       研究人员针对固定或流动的磁涡流研究配置了相关实验,以辨识超导体的特性。他们发现,系统的表现就像是由电流(而不是由温度)驱动的Mott 相变组件一样。

       根据阿页国家实验室表示,Mott 相变是不是一种量子现象目前还不是很清楚,而研究人员也一直到现在才有机会直接观察Mott 相变——透过电流驱动整个系统,使其从绝缘体转变成金属状态的相变过程。

       温特大学的研究人员在金质薄膜上建立了一套包含90,000个超导铌的纳米级岛。在此配置下,磁涡流透过将能量浅凹沈入像蛋盒的布置中确定最小能量配置,并使材料作为Mott绝缘体表现,因为如果施加的电流较小,涡流并不会移动。

       然而,当施加个足够大的电流时,系统翻转成为一种导电金属,研究人员们则观察到一种动态的Mott相变;材料的特性随电流驱动平衡而发生改变。

       “我们可以经由控制,透过在系统上施加电流,诱导固定的涡流状态向流动的涡流状态发生相变,”温特大学研究小组负人Hans Hilgenkamp表示,“研究我们所打造的这套人造系统中所发生的相变是十分有趣的,而且还可能更进一步观察到实际材料中的电子转变。”

       阿贡国家实验室研究员Valerii Vinokur表示,“再者,这套系统将会是对于非平衡物理学建立一个通盘了解的关键,以及物理学上的一项重大突破。”

       Mott系统可以提供一种替代性的硅晶晶体管。因为它们可以在导电与绝缘状态之间翻转,而电压的变化却很小,而且能够以更小的几何尺寸编码1与0,而为硅晶晶体管带来卓越的性能。

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updated: 2021-10-16 11:21:34