施加外電場 為二維電子流向安上「紅綠燈」

「橫看成嶺側成峰」，這是大詩人蘇東坡在描述廬山景觀時寫下的詩句，它生動地描述了從不同方向看廬山呈現出的不同美景。近日，中科院金屬研究所的研究團隊與國內外合作者共同研究發現，在二維世界裡，電子在晶格中的傳輸也可以用類似的語言來描述，即電子傳輸具有各向異性。相關論文發表在《自然·通訊》雜誌上。

張志東研究員介紹，將最小厚度達4.8納米、共計6層的層狀材料碲化鎵封裝保護在兩層10納米左右厚度的氮化硼中，室溫下，少數層碲化鎵的電阻率沿著不同方向呈現出近似正弦振蕩的周期性變化，表現出與硒化錫、磷化鍺相似的各向異性電阻率，且差別最大的兩個方向上電阻率比值均在10以內。

有趣的是，通過施加垂直電場，碲化鎵的電阻率各向異性的比值能夠從10倍飆升至5000倍，遠超目前報道的具有面內電學各向異性的其他體系。這項研究結果表明，在電場的調控下，電子沿著二維碲化鎵不同晶格方向的傳輸能力能夠達到三個數量級的巨大差別。

「如果我們將電子傳輸通道和交通比喻成為瀋陽的文化路和五愛街（兩條垂直的繁華街道），當沒有電場時，沿著『文化路』車道上的電子通過率是沿著『五愛街車道』上的十倍左右。但是，一旦施加一定強度的外電場，這兩條車道上的電子通過率差別可高達5000倍。」該項目負責人之一的韓拯研究員將外電場形象地比喻成在給二維電子實施交通管制。

施加電場就相當於在「文化路」方向亮起了更長時的「綠燈」，「電子車輛」順利且大量地通過，而在「五愛街」方向亮起了更長時間的「紅燈」，限制了車流量，兩個垂直「車道」上的「電子車流」形成了鮮明的差別。

「而從科幻角度來描述的話，就是有那麼一種可能，各向異性存儲器中一次性寫入的數據，沿一個方向看是一本小說，沿另一個方向看則是一部電影。」韓拯說。

（來源：科技日報）

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