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研究人员首次实现测量和控制硅材料中电子“旋转” |
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| http://cn.newmaker.com
5/22/2007 2:52:00 PM
中国科技信息网
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 来自美国特拉华大学和剑桥纳米技术公司的电气工程师们首次展示了如何测量和控制硅元素中电子的旋转属性。硅是世界上使用最广泛的半导体材料，广泛运用于从计算机到手机等电子设备。这项发现有可能极大地推动旋转电子学新领域的发展。旋转电子学旨在控制类似磁体的电子“旋转”属性，而不是仅仅控制电子的电荷，其目的是创造出运算速度更快、更强大的电子设备，比如量子计算机。
美国特拉华大学电气和计算机工程学助理教授伊恩·阿贝尔鲍姆和博士研究生黄弼勤与美国马萨诸塞州剑桥纳米技术公司的创始人之一多维.蒙斯马合作，在特拉华大学伊恩·阿贝尔鲍姆的试验室里进行了此次试验。著名的科学杂志《自然》在其5月17日出版的刊物上对此次试验进行了报告。《自然》杂志还在“新闻和评论”版面上刊登了纽约州立大学物理系的伊格尔.佐迪克特和德国雷根思堡大学理论物理学院的贾罗斯拉维.法比亚恩对特拉华大学团队的研究成果所做的评论，该评论强调称：“现代计算机向传统的以硅元素为基础的电子设备提出了严峻的挑战，对处理器的运算速度、内存存储量和电力消耗等性能的需求空前增加，这迫使研究人员在追求更高性能的过程中对不熟悉的领域进行探索。在这些努力中，阿贝尔鲍姆及其同事汇报了一项可能具有决定性意义的发展成果：他们首次对硅元素中电子旋转的传送和连贯操纵进行了展示。”
操纵电子电荷是当前电子工业的基础，学院派和工业界的科研人员在过去的十年中一直在探索电子旋转承载、处理和储存信息的能力。旋转电子学的主要目标是研究控制电子旋转的精确级别，因为现代电子设备正是通过电子旋转来控制电子电荷的。“电子具有被称为‘旋转’的内禀角动量，”阿贝尔鲍姆强调称：”制造电子旋转设备和电路的第一步是：与反方向的旋转相比，应向半导体中注入更多的某一方向的旋转。”
硅已经成为电子工业中使用极为频繁的材料，它是计算机芯片和晶体管中的电流输送者。硅还有望成为一种高级的旋转电子半导体，我们可以将其称为“旋转传送器”，以前科学家对此并不了解，但现在的试验已经表明硅有能力承载和传导电子的旋转。为了提供硅具有“旋转传送”能力的确实证据，阿贝尔鲍姆和黄弼勤利用为硅片焊接定制的超高真空舱制造出小型硅半导体设备。
旋转注入完成后，硅元素中的电子被置于一个磁场中，该磁场使得电子的旋转方向“产生进动” 或不停地转动（非常象旋转陀螺仪的旋转效应），从而在测量过程中产生指示器振动。阿贝尔鲍姆说：“进动和移相的过程，或衰减的过程，是旋转传送最明确的特点。我们的工作首次表明硅元素中可以产生这种效应。这解决的一个最重要的问题，因为硅是电子设备最重要的半导体材料。然而，在其它半导体材料中进行旋转探测时所用过的有效方法未能成功用于硅材料。”
阿贝尔鲍姆说，从事这项研究是一项有风险的工作，但它值得去做。他高度赞扬了数年前蒙斯马向他引荐热电子旋转转送研究并利用热电子旋转转送来解决硅旋转探测问题的举措，那时他和蒙斯马同为哈佛大学的博士后研究员。
当阿贝尔鲍姆还是美国莱塞拉尔理工学院的一名大学生时，他的理想是成为一名内科医生。但是该学院的斯蒂芬·内特尔教授让他改学物理和电气工程，而现在阿贝尔鲍姆像内特尔一样成为了一名大学老师并在特拉华大学教书育人。虽然阿贝尔鲍姆那时决定放弃医学博士的理想，但他现在却有可能被人称之为“旋转电子学”博士。阿贝尔鲍姆说：“我们希望我们的‘旋转电子学’能象1948年贝尔试验室的半导体电子学一样成功。”1948年，贝尔宣布发明了晶体管，这为现代电子学打下了基础。
英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news98731293.html
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