瑞士研究小组为 2D 半导体增加了超导触点

巴塞尔大学的研究人员表示，组合可能会产生新的量子现象并在量子技术中得到应用

巴塞尔大学的研究人员首次为2D MoS₂ 配备了超导触点。研究人员表示，这种组合可能会产生新的量子现象并在量子技术中找到用途。

Utrathin 半导体有望提供独特特性，否则很难控制，例如使用电场来影响电子的磁矩。此外，在这些半导体单分子膜中还发生了复杂的量子力学现象，可能在量子技术中有应用。

世界各地的科学家正在研究如何将这些薄半导体堆叠起来，形成新的合成材料，即范德华异质结构。然而，到目前为止，他们还没有成功地将这种单层膜与超导接触结合起来，以便更深入地研究新材料的性质和特性。

超导触点

由瑞士纳米科学研究所 christian Schönenberger 研究小组和巴塞尔大学物理系的 Andreas Baumgartner 领导的物理学家团队认为，建立在半导体和超导体组合上的组件可能会表现出新的特性和物理现象。

该研究的项目经理Baumgartner解释说：“在超导体中，电子将自己排列成对，就像跳舞的舞伴一样 - 产生奇怪而奇妙的结果，例如没有电阻的电流流动。” “另一方面，在半导体 MoS₂ 中，电子表现出一种完全不同的舞蹈，这是一种奇怪的独舞，也结合了它们的磁矩。现在，如果我们将这些结合起来材料，我们想找出电子同意哪些新的和奇异的舞蹈。”

适合作为平台使用

在超导所需的低温下进行的电气测量 -刚好高于绝对零度（-273.15℃）- 清楚地显示了超导体造成的影响；例如，在某些能量下，不再允许单电子。此外，研究人员还发现了半导体层和超导体之间存在强耦合的迹象。

该研究的第一作者 Mehdi Ramezani 说：“强耦合是我们期望在这种范德瓦尔斯异质结构中看到的新的和令人兴奋的物理现象的关键因素，但始终无法证明。”

“当然，我们一直希望在电子和量子技术方面有新的应用，” Baumgartner说。 “原则上，我们为半导体层开发的垂直接触可以应用于大量半导体。我们的测量结果表明，这些混合单层半导体组件确实是可能的——甚至可能与其他更奇特的接触材料，这将为进一步的研究铺平道路。” 他补充道。

制作工艺

在由不同材料制成的夹层中制造新组件需要大量不同的步骤。在每个步骤中，重要的是要避免污染，因为它们会损害电荷的传输。

为了保护半导体，研究人员在两层氮化硼薄层之间填充了一层 MoS₂，他们之前已经使用电子束光刻和离子蚀刻技术通过该层垂直蚀刻了触点。然后，他们沉积一层薄薄的钼铼作为接触材料——一种即使在强磁场存在下也能保持其超导特性的材料。

研究人员在手套箱中的保护性氮气气氛下工作，将氮化硼层堆叠到 MoS₂ 层上，并将底部与另一层氮化硼以及一层石墨烯结合起来进行电气控制。然后，研究人员将这种精心设计的范德华异质结构放置在硅/二氧化硅晶片的顶部。

参考资料

'Superconducting Contacts to a Monolayer Semiconductor' by Mehdi Ramezani et al; Nano Lett. June 23, 2021