突破！科学家首次将超导体与半导体连接起来，有望开辟多种物理新应用

科学家们首次成功地将两种令人兴奋的材料组合在一起：一种只有单个原子厚度的超薄半导体；还有一种超导体，可以零电阻导电。

这两种材料都具有不同寻常和迷人的特性，通过精密的实验室制造过程将它们组合在一起，研究团队希望在经典物理和量子物理中开辟各种新的应用。

从电视到手机，半导体是主宰我们生活的电子产品的关键。与普通金属相比，它们之所以如此有用，是因为它们的导电性可以通过施加电压(以及其他方法)来调整，使得开关电流变得容易。

在这个过程中，一层半导体二硫化钼(MoS2)被提取并添加到制造过程中。然后我们有了超导体——在一定温度(通常是极低的温度)下，能够以完美的效率转移电荷，不会因热量损失。

而在新发表的这项研究中，一种名为钼铼(MoRe)的超导体被添加到设备中，研究人员期望从他们的组合材料中观察到全新的物理现象。

瑞士巴塞尔大学的物理学家安德烈亚斯·鲍姆加特纳（Andreas Baumgartner）表示:“在超导体中，电子将自己排列成一对，就像舞蹈中的舞伴——这产生了奇怪而奇妙的结果，就像没有电阻的电流流动。”

另一方面，在半导体二硫化钼中，电子表演了一种完全不同的舞蹈，一种奇怪的“独舞”，同时也融合了它们的磁性时刻。现在研究人员们想知道，如果把这些材料结合起来，电子会趋向哪一种奇异的新舞蹈。”

实验中使用的超薄半导体是目前研究人员的热门研究课题：它们可以堆叠在一起，形成被称为范德瓦尔斯异质结构（van der Waals heterostructures）的全新合成材料。

这些结构有很多潜在的创新用途，比如能够用电场控制电子磁场。然而，这种潜力还只是理论上的，因为科学家们还不知道它们会产生什么影响，也不知道他们可能会制造出什么设备。也正因如此，成功创造这种最新组合就非常关键。

在最新的研究中，研究小组发现了半导体层和超导体之间的强耦合(相互作用称为接近效应)的证据，当材料冷却到绝对零度以上(-273.15°C或-459.67°F)。

巴塞尔大学的物理学家Mehdi Ramezani说:“强耦合是一种新的、令人兴奋的物理现象的关键因素，我们期望在范德瓦尔斯异质结构中看到这种现象，但从未能够证明。”

把半导体和超导体连接在一起并不容易——正如你所期望的那样，因为之前没有人做到过。半导体被放置在一个夹层中，上面和下面都有绝缘层，而在绝缘层顶部蚀刻的孔提供了电接触连接。

超导材料填补了小孔留下的空隙，整个过程是在一个装满氮气的手套箱里完成的，以保护完成的系统不受损害。在光学显微镜下，使用遥控微操纵器完成加工。

在完成了制造之后，测试和实验就可以开始了——之后在冰箱中冷却到接近绝对零度。更重要的是，研究人员认为他们可以在未来使用同样的技术，来应用于其他半导体，进一步扩大其潜力。

“我们的测量表明，这种混合单层半导体组件确实是可能的，甚至可能与其他更奇特的接触材料一起，这将为进一步的研究铺平道路。”Andreas Baumgartner表示。

这项研究发表在《纳米快报》（Nano Letters）上，题为“Superconducting Contacts to a Monolayer Semiconductor”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://www.sciencealert.com/scientists-just-overcame-a-major-hurdle-to-conducting-electricity-with-zero-resistance

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c00615

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