科学家发现电子世界“交通新规”

“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”苏东坡用这句诗来描述庐山景观不同方向之间的差异，而在二维世界里，电子运动的景象同样可以用这一语言来理解。

来自中国科学院金属研究所的消息显示，由该所研究团队联合国内外科研团队发现，在晶格传输过程中，受外电场的影响，电子的导电特性沿着不同方向表现出了一定的差异——而这不失为电子世界里的一条新的“交通规则”。相关研究成果已于近日在线发表于国际学术期刊《自然·通讯》。

据该研究的设计者之一、中科院金属所研究员韩拯介绍，研究团队将6层4.8纳米厚度的碲化镓，放置于两层10纳米厚度的氮化硼之中，以此达到对前者的封装保护。在室温环境下，少数碲化镓的电导率沿着不同方向呈现出近似正弦振荡的周期性变化，表现出与硒化锡、磷化锗相似的各向异性——随着方向变化而变化的电阻率。

研究团队进而发现一个有趣的现象，即通过施加垂直电场，碲化镓的电导率各个方向异性的比值，能够从10倍飙升至5000倍，远超目前人们已知的纪录。

换句话说，电子沿着二维碲化镓不同晶格方向的传输能力，在电场的调控下能够达到3个数量级的差别。

“如果我们将电子传输通道和交通，比喻成为沈阳的‘文化路’和‘五爱街’，当没有电场时，沿着‘文化路’车道上的电子通过率，是沿着‘五爱街’车道上的10倍左右。但是，一旦施加一定强度的外电场，两条互相垂直的‘车道’，‘车辆’通过率差别可以高达5000倍。” 中科院金属所副研究员杨腾形象地描绘着他眼中的外电场作用。

科学家因此得出一个判断：在电子的世界里，外电场扮演起了对电子传输进行“交通管制”的角色。

经过进一步研究，科研团队构建了各向异性二维碲化镓浮栅存储器件，并通过一次门电压擦写，在该浮栅操控的原型存储器件中实现了横纵两个方向信息存储。从科幻角度来描述的话，就是有那么一种可能，各向异性存储器中一次性写入的数据，沿其中一个方向读取出来的是一本小说，而沿另一个方向读取出来的，则是一部电影。

韩拯表示，二维极限下碲化镓纳米电子器件展示出了门电压可调的、面内巨各向异性电阻效应，为实现新型的逻辑运算及存储单元提供了新思路，发展前景广阔。同时，碲化镓也还可能有更多待发现的物理。“我们正在挖掘该体系一些有趣的低温物理特性。”