科學家意外發明新材料 可製造新一代半導體晶片

化學家們意外地發明了一種不尋常的新材料，它所製造的半導體可將運算處理速度降低到飛秒（femto-seconds）等級，使下一代電腦變得更快。

該材料是由錸、硒和氯組成的分子，稱為Re₆Se₈Cl₂。其發明者表示，用Re₆Se₈Cl₂製成的電腦晶片傳輸信息的速度是矽基晶片的兩倍。令人驚訝的是，這是因其會減慢而非加快電子的速度。

哥倫比亞大學化學家圖利亞格（Jack Tulyag）及其同事10月26日在《科學》（Science）雜誌上發表了這一研究成果。

電子、聲子和極子

當圖利亞格及其同事將奇怪的新分子引入化學家羅伊（Xavier Roy）的實驗室時，並未期望它能發揮多大作用，而是想測試羅伊實驗室新顯微鏡的分辨率。但Re₆Se₈Cl₂的導電能力令所有人感到驚訝——事實上，其導電能力介於銅線和橡膠等絕緣體之間。換句話說，這種材料就是物理學家所說的半導體：現代電子學的支柱。

當今最著名的半導體材料是矽，它是元素周期表中的第14號元素。如果你將一塊矽連接到電流上，然後深入觀察其內部（想像你有神奇的亞原子視覺），你會看到原子輕微振動。其實所有物質的原子始終都在這樣振動著；這就是產生熱量的原因。當你觀察時，你可以看到所有振動產生奇怪的微小粒子，稱為聲子。

你可能更熟悉光子，這種微小的波狀粒子（或者它們是波狀粒子嗎？事實是：波與粒子同時存在，因為物理學在這方面非常奇怪）攜帶著光的能量。聲子在這方面跟光子類似，只不過它們攜帶熱量，在物理學上又稱為「振動機械能」。

矽樣本中的電子以令人難以置信的速度快速移動，畢竟，電流只是電子在材料中移動而產生的。所以看起來矽的導電速度應該超快。但當電子撞上光子時，它會彈開，並朝新的方向運動。所有這些分散的、彈跳的電子都移動得很快，但也覆蓋了朝向各個方向的更遠的距離，因此它們從A點到B點所需的時間比預期的要長。

這就是為甚麼Re₆Se₈Cl₂如此重要。電子在其中的移動速度更慢，因此當其撞擊聲子時，不會彈開，而會粘住。電子和聲子一起形成一種新粒子，稱「聲學激子-極子（acoustic exciton-polaron）」，或簡稱「極子」。極子在Re₆Se₈Cl₂中的移動速度不如電子在矽中移動的速度快，但採用更直接的路徑，因此它們從A點到B點的速度是電子的兩倍。