量子電子學的新型納米材料

量子電子學的新型納米材料

DTU化學助理教授Kasper Steen Pedersen帶領的一個國際團隊合成了一種新型納米材料，具有電磁和電學特性，使其適用於未來的量子計算機和其他電子領域的應用。

鉻-氯化物-吡嗪(化學式CrCl2(吡嗪)2)是一種分層材料，是所謂的二維材料的前體。從原理上講，二維材料只有一個分子的厚度，這通常會導致其性能與普通3D材料有很大不同。重要的是，電性能會有所不同。在三維材料中，電子可以朝任何方向運動，而在二維材料中，只要電子的波長大於二維材料的厚度，電子就只能水平移動。

有機/無機雜化

石墨烯是最著名的2D材料。石墨烯是由碳原子組成的晶格結構，其強度非常高。自2004年首次合成石墨烯以來，已經合成了數百種其他2D材料，其中一些可能是量子電子應用的候選材料。然而，新材料是基於一個非常不同的概念。其他候選物質都是無機的——就像石墨烯一樣——鉻氯化物-吡嗪是一種有機/無機混合材料。

「這種材料標誌著一種新型化學，在這種化學中，我們能夠替換材料中的各種構件，從而改變其物理和化學性質。」這在石墨烯中是無法做到的。例如，人們不能選擇用另一種原子取代石墨烯中一半的碳原子。我們的方法使得設計性能比其他2D材料更精確，」Kasper Steen Pedersen解釋說。

除電學性質外，還可以精確地設計鉻-氯化物-吡嗪的磁性能。這與「自旋電子學」特別相關。

在普通電子學中，只有電子的電荷被利用，它們的自旋——這是一種量子力學性質——也被用於自旋電子學。這對於量子計算應用程序來說非常有趣。因此，開發兼具導電和磁性的納米尺度材料就顯得尤為重要。

2D材質的新世界

除了量子計算，鉻-氯化物-吡嗪可能對未來的超導體、催化劑、電池、燃料電池和一般的電子技術感興趣。

儘管如此，公司並不急於立即開始生產這種材料，研究人員強調:「至少現在還沒有!這仍然是基礎研究。由於我們建議用一種全新的方法合成一種材料，許多問題仍然沒有得到解答。例如，我們還不能確定材料在各種應用中的穩定性程度。然而，即使鉻-氯化物-吡嗪由於某些原因不適合各種可能的應用，其合成的新原理仍然是相關的。這是通向更先進的2D材料新世界的大門。

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