二维半导体在量子计算和未来电子学领域具有广阔的应用前景。现在，研究人员可以将金属金转化为半导体，并在氮化硼纳米管上定制原子化材料。金是一种导电材料，已广泛用于电子器件的互连。随着电子产品变得更小、更强大，所涉及的半导体材料也缩小了。然而，利用现有的设计，计算机已经变得尽可能小——为了打破这一障碍，研究人员深入研究量子计算背后的物理原理以及量子力学中黄金的不寻常行为。研究人员可以将黄金转换成由单层原子构成的半导体量子点。
博科园：它们的能隙，或带隙，是由量子限制形成——当材料的尺寸变得非常小，接近分子尺度时，它们的行为就像原子一样，这是一种量子效应。这些二维金量子点可以用在电子器件中，带隙是一个原子一个原子可调。用单层原子制造点是很棘手，更大的挑战是定制它们的特性。密歇根理工大学研究人员在氮化硼纳米管上发现，可以用金量子点来做几乎不可能的事情，在《ACS Nano》上发表了一篇新论文，其重点是研究金点在原子间聚集的机制。密歇根理工大学物理学教授约克钦雅普(Yoke Khin Yap)领导了这项研究。
- 二维半导体在量子计算和未来电子学领域具有广阔的应用前景。现在，研究人员可以将金属金转化为半导体，并在氮化硼纳米管上定制原子化的材料。图片：Bill Tembreull/Michigan Tech
研究团队观察到的行为（原子水平上对金量子点的操纵）可以用扫描透射电子显微镜(STEM)观察到。茎的高能电子束使Yap等研究人员能够实时观察原子运动，并揭示了金原子与氮化硼纳米管表面的相互作用。基本上，金原子沿着纳米管表面滑动，它们稳定地悬浮在氮化硼纳米管六边形蜂窝结构的上方。原子滑移和停止与所谓的能量选择性沉积有关。在实验室里，研究小组取了一组氮化硼纳米管，并在其上撒上一层金雾；雾中的金原子要么以多层纳米颗粒的形式附着在纳米管上，要么从纳米管上弹回来。
但一些能量更高的原子沿着纳米管圆周滑动并稳定下来，然后开始聚集成金量子点的单层。研究小组发现，在其他稳定的金颗粒之后，黄金会优先沉积。氮化硼纳米管表面原子光滑，表面没有缺陷，是一个排列整齐的蜂窝状结构。纳米管在化学上是惰性的，纳米管和金原子之间没有物理键。这很像滑雪：你不可能在没有雪的凹凸不平、黏糊糊的山上滑雪，理想的条件会让滑雪变得更好，纳米管光滑的表面就像新鲜粉末。
为未来电子和量子计算寻找新材料的工作使研究人员走上了许多道路。Yap希望通过证明金的有效性，其他研究人员将受到启发，在分子尺度上关注其他金属单分子层。这是一个梦想纳米技术，这是一种分子尺度的技术，在可见光光谱中有一个理想的带隙，可以通过原子来调节，电子和光学设备有很大的潜力。该团队的下一步工作包括进一步表征和整合设备制造，以演示全金属电子。潜在地，金属原子的单层膜可以构成未来电子产品的整体，这将节省大量的制造能源和材料。
参考期刊文献:《ACS Nano》
DOI: 10.1021/acsnano.8b09559
