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仅两层原子薄,世界最薄材料造更快存储器

科学家发明出世界上最薄的存储电子信息的材料:只有两个原子的厚度。研究称,这为量子隧穿只有原子级厚度的薄膜提供便利,比起现有的存储技术,读取信息的效率将得到大幅提升。

仅两层原子薄,世界最薄材料造更快存储器两个原子厚度的存储器示意图。(Tel Aviv University)现在最高级的电子设备一般由含有百万个原子的小晶体构成,每个小晶体的高、宽和厚度大约都是100个原子。把百万个这样的小单元挤压大约百万倍至只有一个硬币大小的面积内,现代存储设备每秒钟在0和1数位之间切换的次数可达到百万次。这份由以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University)完成的研究取得新的突破:第一次将晶体器件的厚度减小到只有两个原子的水平。研究者之一沙洛姆(Moshe Ben Shalom)说,这样薄的厚度让基于电子量子特性的存储信息在只有几个原子厚度的材料屏障之间更快速和有效地切换,使得电子设备速度更快、体积和耗能更小。研究提到一种名为“滑动电子学”(Slide-Tronics)的新技术,利用电子不同电荷相吸、同电荷相斥的原理,巧妙地堆叠两层原子材料,使它们滑动达到稳定的状态。仅两层原子薄,世界最薄材料造更快存储器研究介绍说,使用两个单层的由硼和氮原子组成的材料叠加成双层原子的材料。单层材料内,硼和氮原子排列成六角形的重复结构。当两层叠加后,将打破这种晶体自然的对称性。“在自然的三维状态下,这种材料由大量的单层、层层叠加起来组成,每一层相对它旁边的一层都是旋转了180度的状态,也叫反平行结构(antiparallel configuration)。”沙洛姆说,“在实验室里,我们人为地让它们在不旋转的情况下叠加起来,理论上说,就是在原子具有同性相斥的情况下,还是把同性的原子完美地叠加了起来。”“但是真实情况是,这些晶体相对它们旁边的一层自动会稍微滑开一些,所以每层只有半数的原子完美地叠加在一起——它们是电荷相反的原子;其它的原子则稍微错开一些,位于六角形中间的空穴里。这种人造结构里面层与层之间并不太一样。例如,如果最上面的一层只有硼原子重叠,那么底层就是另一种情形。”沙洛姆介绍说,利用滑动特性制造超薄系统的技术,不仅限于硼氮原子晶体,我们认为对其它有类似对称特性的其它层叠晶体结构也适用。“这种利用层与层之间的滑动有效控制高级电子设备的概念的前景很好,我们把它叫做‘滑动电子学’。”这份研究6月25日发表于《科学》(Science)期刊。

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