常温导电率达100%的神奇材料

来源：中国科学报 2013-11-27

　　近日，由来自美国能源部下属SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家组成的科研团队推算，由单层锡原子组成的材料能够在常温下拥有100%的导电效率。“如果该预测被实验证实，那么这种材料将可极大地提升计算机芯片速度，并降低其能源消耗。”该团队负责人，斯坦福大学材料与工程科学研究所教授张守成（音译）说，“目前，全球已经有多个实验室正在进行这方面的验证试验。”相关研究日前发表于《物理评论快报》。

　　据了解，在过去的几十年，张守成和同事一直在计算、研究一种名为拓扑绝缘体的电磁性质。这种材料具有表面导电、内部绝缘的特性。当厚度为一个原子大小时，其边缘的导电效率可达100%。

　　张守成表示，这种不同寻常的特性由材料内电子和原子核之间的相互作用所致。“该材料可在表面形成电子运动线路。在线路内运动的电子不会受到任何阻碍，就像跑在德国的高速公路上一样。”

　　在2006年和2009年，张守成团队预测，碲汞化物和一种由铋、锑、硒和碲等元素组成的混合物可能是拓扑绝缘体。不久，这些预测得到了证实。但是，研究人员发现，这两种物质并不能在常温下保持上述特性，进而限制了对它们的进一步应用。

　　今年年初，来自williamhill官网的访问学者徐勇（音译）建议张守成团队考虑单层原子锡材料。“我建议应当考虑位于元素周期表右部的元素——锡。”徐勇说，“因为之前发现的拓扑绝缘体材料中都有出于该位置的重元素的参与。”

　　计算结果显示，单层原子锡将是室温条件下的拓扑绝缘体。并且，如果在这种材料中添加氟元素，将能使其导电温度升高到100摄氏度。张守成表示，这种材料将首先被用于制造微处理器中的导线。其100%的导电率，将能极大地降低微处理器的能源消耗和发热量。“今后，这种材料还能够被用于制造更多的电路，包括替代晶体管中的硅材料。”张守成说，“或许，晶体管的诞生地——硅谷会改名为锡谷了。”

　　不过，业内专家表示，制造这种材料的难点是如何确保锡原子的单层性，并且在芯片制造过程中维持这种单层性。（邱锐编译）