迄今最純砷化鎵半導體面世 可用于深入探究電子的本質

美國普林斯頓大學研究人員在《自然·材料》雜志報告稱，他們研制出了世界上迄今最純凈的砷化鎵。該砷化鎵樣品的純度達到每100億個原子僅含有一個雜質，純度甚至超過了用于驗證一千克標準的世界上最純凈的硅樣品。

砷化鎵是一種半導體，主要用于為手機和衛星等提供電力。新研究得到的砷化鎵樣品呈正方形，邊長與一塊橡皮擦的寬度相當，可用于深入探究電子的本質。

為進一步研究該超純樣品，研究人員將其冷凍到比太空溫度更低的溫度，隨后將其包裹起來置于強大的磁場中并施加電壓，讓電子穿越夾在材料晶體層之間的二維平面。當他們降低磁場時，發現了一系列令人驚訝的效應。

當電子排列成一種被稱為維格納晶體的晶格結構時，研究人員獲得了意外的發現。科學家們此前認為，要想讓維格納晶體出現，需要極強的磁場——大約14特斯拉。該研究論文作者之一凱文·維萊加斯·羅薩萊斯說：“最新研究表明，電子可在不到1特斯拉的條件下結晶，不過，需要超高質量的樣品才能看到這一現象。”

此外，研究小組還觀察到，系統電阻中的“振蕩”增加了約80%，分數量子霍爾效應的“激活間隙”變得更大。分數量子霍爾效應是凝聚態物理和量子計算中的一個關鍵課題，是凝聚態物理研究里最重要的成就之一，有望催生很多新奇的應用。要解釋這個效應，需要用上量子物理領域最微妙的一些概念。分數量子霍爾效應最初由美國普林斯頓大學的崔琦發現，他因這一發現獲得了諾貝爾物理學獎。

研究人員稱，他們的結果表明，許多推動當今最先進物理學的現象都可在比以前認為的弱得多的磁場下觀察到。較弱的磁場可使更多實驗室研究隱藏在這種二維系統內的神秘物理問題，為進一步探索量子現象鋪平了道路。