4.16电子伏特！新型硅带隙创下世界纪录，有助量子计算研究

来源科技日报

科技日报记者 刘霞

美国东北大学科学家主导的国际科研团队发现了一种新形式的高密度硅，并开发出一种新型可扩展的无催化剂蚀刻技术，能将这种硅制成直径为2—5纳米的超窄硅纳米线。这一成果发表于最新一期《自然·通讯》杂志，有望给半导体行业带来革命性变化，还有望应用于量子计算等领域。

十年前，东北大学研究人员在实验中发现了拥有“非常非常微小”线状纳米结构的硅。此后的计算机建模显示，这种材料拥有高压缩结构，尺寸比普通硅小10%—20%，而普通硅在这种压缩状态下通常不稳定。研究表明，新型硅顶部有很薄一层氧化物，这可能有助于让其维持压缩状态。

传统硅的带隙（决定半导体材料内的电子在受到外源刺激时导电所需的能量）为1.11电子伏特，但新型硅的带隙为4.16电子伏特，创下世界纪录。超宽带隙意味着这种材料需要更大刺激才能导电，但也表明其可在高功率、高温和高频下工作，用这种新材料生产的硅纳米线将适用于电子、晶体管、二极管和LED器件等领域。

研究团队还发明了一种生产硅纳米线的新方法——无需催化剂的化学气相蚀刻，可制造出仅为目前商用硅纳米线1/20到1/10的纳米线。

研究人员表示，这种新型硅对半导体行业很有吸引力，可用于无线电、雷达和太阳能电池等光伏领域。新型硅纳米线还可改善锂离子电池的性能，拓展其应用领域。由于新型硅纳米线的尺寸非常小，可在其中操纵各种有趣的量子现象，用于量子计算领域处理量子信息。

研究团队下一步计划更好地理解这一过程背后的所有化学原理，并弄清为什么这种形式的压缩硅如此稳定，也希望优化蚀刻工艺，使纳米线表面更光滑，以进一步扩大其规模用于工业生产。