據最新一期英國《自然·通訊》報道，美國密歇根大學開發出一種半導體材料，可在室溫條件下實現從導體到絕緣體的量子翻轉，有助于開發新一代量子設備和超高效電子設備。

研究人員在只有一個原子厚的二維硫化鉭層中觀察到，支持這種量子翻轉的奇異電子結構以前只能在—37.8℃的超低溫下穩定，現在該新材料可在高達77℃時保持穩定。

密歇根大學材料科學與工程助理教授羅伯特·霍夫登說，奇異的量子特性，比如從導體切換到絕緣體的能力，可能是下一代計算的關鍵，它提供了更多存儲信息的方法和更快的狀態切換這可能會導致更強大，更節能的設備

當今的電子產品使用微型電子開關來存儲數據，開為1，關為0，斷電后數據消失未來的設備則可使用其他狀態，例如導體或絕緣體來存儲數字數據，只需要快速的能量點就可在狀態之間切換，而不是穩定的電流

在過去，這種奇異的行為只在超低溫下的材料中被觀察到，而科學家的最終目標是開發能夠在室溫下按需快速從一種狀態翻轉到另一種狀態的材料，這一研究可能是朝這個方向邁出的重要一步。

先前在超低溫下的研究表明，可以按需一次又一次地進行這種翻轉霍夫登說，這不是這個項目的重點，但事實上，我們甚至能夠在室溫下保持一次翻轉穩定，這開啟了許多令人興奮的可能性

從導體到絕緣體的翻轉由一種稱為電荷密度波的現象支持，這是一種在某些條件下自發發生的有序的，晶體狀正負電荷模式。

之前在硫化鉭的大塊樣品中觀察到電荷密度波，但材料必須處于超冷溫度下，霍夫登說，通過將幾個二維層交錯在一起，我們能夠使其更加穩定。

該團隊首先制造了幾層夾在一起的單原子厚的硫化鉭層樣品每一層都是一個半導體，處于所謂的八面體狀態，它指的是鉭和硫原子的特定排列雖然存在一些電荷密度波，但它們過于不穩定和無序，無法產生導體—絕緣體翻轉等奇異行為

霍夫登團隊通過在無氧環境中加熱樣品，同時在電子顯微鏡下觀察該過程伴隨著樣品的加熱，層開始一層一層地切換到棱柱狀態——相同原子的不同排列

當大多數層切換到棱柱狀態時，研究人員將樣品冷卻回室溫，發現保持八面體狀態的層顯示出有序而穩定的電荷密度波，并且在高達77℃的溫度下仍能保持這種狀態此外，這些層已經從半導體轉變為絕緣體

導體和絕緣體不是恒定概念，在特定條件下，它們能相互轉化這一次，科研人員又將目光瞄準了二硫化鉭，它被認為是富有前景的現代微電子材料此前，有研究用超短激光或電子脈沖對其進行照射，讓二硫化鉭由絕緣體變成了導體本文介紹的這項研究，則是制造了幾層夾在一起的單原子厚的硫化鉭層樣品，讓鉭和硫原子產生特定排列，讓它的導電性質根據溫度的不同發生變化不過，這一轉變的機制和理論基礎是什么，可能還需要進一步闡釋

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