各向異性迪拉克錐開啟新世代電子學
- 上線日期：2012/6/23 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家發現鉍(Bi)銻(Sb)薄膜的能帶結構中可存在單一迪拉克錐(Dirac cone)。這項結果令人意外，因為迪拉克錐先前只存在於「神奇材料」石墨烯(graphene)與最近發現的石墨炔(graphyne)中。儘管現階段研究仍於超低溫環境中進行，此薄膜有機會發展為下一代電子元件的理想基礎材料。
迪拉克錐是二維材料石墨烯的能帶結構特徵，其傳導帶與共價帶在費米能階(Fermi level)處交於一點。能帶以線性接近此迪拉克點，意味著電荷載子(電子與電洞)的等效動能直接正比於動量。這種不尋常的關係一般僅見於無質量的光子，而非相對論性粒子的動能則通常與動量平方有關。石墨烯的這個特徵導致電子的行為如同無質量相對論性粒子，能在材料內以極高速度運動，因此非常適合用來發展超快電晶體。
過去迪拉克錐僅見於石墨烯(具有一對不相等的迪拉克錐)以及最近才發現的石墨炔。最近，麻省理工學院(MIT)的Shuang Tang與 Mildred Dresselhaus等人發現二維鉍銻薄膜也擁有單一迪拉克錐。Tang表示，鉍銻薄膜的單一迪拉克錐用途可能比石墨烯的雙迪拉克錐還大，原因是石墨烯的迪拉克錐為均向性(isotropy)，在應用元件的種類上有所限制，而鉍銻薄膜的迪拉克錐具有大範圍的各向異性(anisotropy)，能廣泛地用來發展許多不同種類的元件。
鉍銻薄膜具有極為優異的導電能力與低導熱率，因此非常適合作為熱電材料。Tang 與 Dresselhaus表示，他們現在能創造具不同能隙大小的準迪拉克錐，此舉將大幅增加材料內每個電荷載子所攜帶的熵(entropy)，而不會明顯影響導電性。
Tang進一步解釋，熱電性樣品需要有溫度差方能產生電流，就這點來說，鉍銻薄膜特別適合應用於太空站及衛星等，因為可以利用向陽與背陽造成的溫差來產生電力。此薄膜亦可作為下一代電子元件的基礎材料，因其電子遷移率是目前矽元件的數百倍。此外，此迪拉克錐各向異性的可控制性代表此類材料可用來製造多種不同元件，所以能大幅減少製造成本。詳見Nano Lett.｜DOI: 10.1021/nl300064d。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/49274
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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