二維半導體在量子計算和未來電子學領域具有廣闊的應用前景。現在，研究人員可以將金屬金轉化爲半導體，並在氮化硼納米管上定製原子化材料。金是一種導電材料，已廣泛用於電子器件的互連。隨着電子產品變得更小、更強大，所涉及的半導體材料也縮小了。然而，利用現有的設計，計算機已經變得儘可能小——爲了打破這一障礙，研究人員深入研究量子計算背後的物理原理以及量子力學中黃金的不尋常行爲。研究人員可以將黃金轉換成由單層原子構成的半導體量子點。

　　博科園：它們的能隙，或帶隙，是由量子限制形成——當材料的尺寸變得非常小，接近分子尺度時，它們的行爲就像原子一樣，這是一種量子效應。這些二維金量子點可以用在電子器件中，帶隙是一個原子一個原子可調。用單層原子製造點是很棘手，更大的挑戰是定製它們的特性。密歇根理工大學研究人員在氮化硼納米管上發現，可以用金量子點來做幾乎不可能的事情，在《ACS Nano》上發表了一篇新論文，其重點是研究金點在原子間聚集的機制。密歇根理工大學物理學教授約克欽雅普(Yoke Khin Yap)領導了這項研究。

　　二維半導體在量子計算和未來電子學領域具有廣闊的應用前景。現在，研究人員可以將金屬金轉化爲半導體，並在氮化硼納米管上定製原子化的材料。圖片：Bill Tembreull/Michigan Tech

　　研究團隊觀察到的行爲（原子水平上對金量子點的操縱）可以用掃描透射電子顯微鏡(STEM)觀察到。莖的高能電子束使Yap等研究人員能夠實時觀察原子運動，並揭示了金原子與氮化硼納米管表面的相互作用。基本上，金原子沿着納米管表面滑動，它們穩定地懸浮在氮化硼納米管六邊形蜂窩結構的上方。原子滑移和停止與所謂的能量選擇性沉積有關。在實驗室裏，研究小組取了一組氮化硼納米管，並在其上撒上一層金霧；霧中的金原子要麼以多層納米顆粒的形式附着在納米管上，要麼從納米管上彈回來。

　　但一些能量更高的原子沿着納米管圓周滑動並穩定下來，然後開始聚集成金量子點的單層。研究小組發現，在其他穩定的金顆粒之後，黃金會優先沉積。氮化硼納米管表面原子光滑，表面沒有缺陷，是一個排列整齊的蜂窩狀結構。納米管在化學上是惰性的，納米管和金原子之間沒有物理鍵。這很像滑雪：你不可能在沒有雪的凹凸不平、黏糊糊的山上滑雪，理想的條件會讓滑雪變得更好，納米管光滑的表面就像新鮮粉末。

　　爲未來電子和量子計算尋找新材料的工作使研究人員走上了許多道路。Yap希望通過證明金的有效性，其他研究人員將受到啓發，在分子尺度上關注其他金屬單分子層。這是一個夢想納米技術，這是一種分子尺度的技術，在可見光光譜中有一個理想的帶隙，可以通過原子來調節，電子和光學設備有很大的潛力。該團隊的下一步工作包括進一步表徵和整合設備製造，以演示全金屬電子。潛在地，金屬原子的單層膜可以構成未來電子產品的整體，這將節省大量的製造能源和材料。

　　博科園-科學科普｜研究/來自: 密歇根理工大學

　　參考期刊文獻:《ACS Nano》

　　DOI: 10.1021/acsnano.8b09559

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