原创 科学家发现100%导电效率的钖基材料

由美国史丹佛大学(Stanford University)教授张首晟(Shoucheng Zhang)带领的研究团队最近发现一种在室温条件下可实现100%导电效率的钖基材料，他们将这款可带来更大想象空间的新材料称为“stanene”。

该团队包括史丹佛大学以及美国能源部(DoE)SLAC国家加速实验室的研究人员，他们根据石墨烯的名称由来而将这种新的锡基材料命名为“stanene”──以锡的拉丁语“stannum”作为前缀。然而，相较于石墨烯采用2D单层碳原子，这种stanene采用了单层锡材料。虽然他们尽量避免将这种材料称为室温超导体，但事实上却是相当类似的。

加入氟原子(黄色)与锡原子(灰色)2D单层所实现的stanene新材料，可在室温到高达100℃(约212℉)的高温下沿边缘(蓝色和红色箭头)提供零阻抗。（来源：SLAC）

“这并不是一种超导体，其差别是它只在边缘实现100%的导电效率，此外，这种2D材料内部则是一种绝缘体，”张首晟解释。

在实际作业时中，由于stanene的每个功能区都支持左右边缘的两信道零电阻数据流量，stanene互联机就像超导线材一样双双并排。由stanene互联机提供的唯一阻抗将会出现在端点，即传统芯片电路接触点。

“关键的差异点在于，正常导体的总电阻值随长度呈线性变化关系──导线越长，阻抗就越大，”张首晟说，“但对于stanene来说，唯一的阻抗来自接触，所以线性总阻抗都是恒定，与导线长度无关。”

为了验证该研究团队的模拟结果，目前已在德国与中国分别展开了实验。如果能够成功制造satnene，并确认其所具有的特性，那么对于芯片制造商来说可是个大好消息，他们将可改为采用stanene薄层来实现高速互连，从而大幅减少功耗与热。

张首晟对于其模拟结果经实验确认抱着很高的期望，因为该团队已经长期针对各种拓扑绝缘材料特性进行预测与研究了，期望找到即表面导电但内部绝缘的材料。他们 已经预测过碲化汞和其他几种化合物可作为拓墣绝缘材料，同时也经过其后的实验加以证明。当这些化合物以单层制造时，预期可在边缘达到100%的导电效率， 然而，却和超导体一样只能在低温环境下实现。

“目前的许多材料研究仍处于实验阶段，但现在我们实际上可使用计算机和理论思维的力量，推动材料研究向前进展，因此，我们能够根据所需的功能性来设计材料──这是半导体材料科学领域的一项持续性革命，”张首晟说。

张首晟目前正致力于在stanene薄层中加入闸极，以期制造出可在晶体管信道中以stanene取代硅晶的三端组件。张首晟还打趣道，如果能够成功实现的话，或许有一天硅谷还会改名为“锡谷”(Tin Valley)呢！

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