科学家意外发明新材料 可制造新一代半导体芯片

化学家们意外地发明了一种不寻常的新材料，它所制造的半导体可将运算处理速度降低到飞秒（femto-seconds）等级，使下一代计算机变得更快。

该材料是由铼、硒和氯组成的分子，称为Re₆Se₈Cl₂。其发明者表示，用Re₆Se₈Cl₂制成的计算机芯片传输信息的速度是硅基芯片的两倍。令人惊讶的是，这是因其会减慢而非加快电子的速度。

哥伦比亚大学化学家杰克‧图利亚格 （Jack Tulyag）及其同事10月26日在《科学》（Science）杂志上发表了这一研究成果。

当图利亚格及其同事将奇怪的新分子引入化学家泽维尔‧罗伊（Xavier Roy）的实验室时，并未期望它能发挥多大作用，而是想测试罗伊实验室新显微镜的分辨率。但Re₆Se₈Cl₂的导电能力令所有人感到惊讶——事实上，其导电能力介于铜线和橡胶等绝缘体之间。换句话说，这种材料就是物理学家所说的半导体：现代电子学的支柱。

当今最著名的半导体材料是硅，它是元素周期表中的第14号元素。如果你将一块硅连接到电流上，然后深入观察其内部（想像你有神奇的亚原子视觉），你会看到原子轻微振动。其实所有物质的原子始终都在这样振动着；这就是产生热量的原因。当你观察时，你可以看到所有振动产生奇怪的微小粒子，称为声子。

你可能更熟悉光子，这种微小的波状粒子（或者它们是波状粒子吗？事实是：波与粒子同时存在，因为物理学在这方面非常奇怪）携带着光的能量。声子在这方面跟光子类似，只不过它们携带热量，在物理学上又称为“振动机械能”。

硅样本中的电子以令人难以置信的速度快速移动，毕竟，电流只是电子在材料中移动而产生的。所以看起来硅的导电速度应该超快。但当电子撞上光子时，它会弹开，并朝新的方向运动。所有这些分散的、弹跳的电子都移动得很快，但也覆盖了朝向各个方向的更远的距离，因此它们从A点到B点所需的时间比预期的要长。

这就是为什么Re₆Se₈Cl₂如此重要。电子在其中的移动速度更慢，因此当其撞击声子时，不会弹开，而会粘住。电子和声子一起形成一种新粒子，称“声学激子-极子（acoustic exciton-polaron）”，或简称“极子”。极子在Re₆Se₈Cl₂中的移动速度不如电子在硅中移动的速度快，但采用更直接的路径，因此它们从A点到B点的速度是电子的两倍。

从技术上讲，用Re₆Se₈Cl₂制成的计算机芯片可以具有飞秒级的处理速度，这比当今处理器的纳秒速度快约一百万倍，不过有一个很大的问题。