美国研究职员日前研制出世界上最纯净的砷化镓样品。砷化镓是一种半导体，可为手机和卫星等供应动力。
研究小组将材料烘焙至每100亿个原子中仅含1个杂质的高纯度，这乃至超过了用于验证1公斤标准原型的天下上最纯的硅样品。由此生成的砷化镓芯片是一个铅笔头上橡皮擦大小的正方形构造，使得研究小组能够深入研究电子的实质。
他们没有把这个芯片送入太空，而是将超纯样本带到普林斯顿大学工程学院的地下室，给它通电，并冷冻到比太空更低的温度，然后将其置于一个强大的磁场中，施加电压，同时发送电子穿过夹在材料晶体层之间的二维平面。当他们降落磁场强度时，创造了一系列令人惊异的效应。
这项近日揭橥在《自然—材料》的研究表明，许多推动当今最前辈物理学的征象，可在远比以前想象的弱得多的磁场中不雅观察到。较低的磁场强度可以让更多的实验室研究隐蔽在这种二维系统中的神秘物理问题。更令人愉快的是，根据研究职员的说法，这些尚未有既定理论框架的物理学效应，为进一步探索量子征象铺平了道路。
令人惊异的是，研究小组还在磁场中不雅观测到电子排列成晶格构造，即维格纳晶表示象。科学家之前认为维格纳晶体须要极强的磁场——约14特斯拉。该研究第一作者、普林斯顿大学博士Kevin Villegas Rosales说：“这种强度足以让一只田鸡悬浮起来。”但这项研究表明，电子可以在不到1特斯拉的条件下结晶。“我们只是须要超高的质量才能看到这种征象。”
该团队还不雅观察到系统电阻中80%以上的“振荡”，以及被称为“分数量子霍尔效应”的更大的“激活间隙”。分数量子霍尔效应是凝聚态物理和量子打算的一个关键主题。
新研究是普林斯顿大学电子和打算机工程教授、首席研究员Mansour Shayegan和高等研究学者Loren Pfeiffer持续互助的一部分。约10年前，Shayegan和当时在贝尔实验室事情的Pfeiffer在探求更纯净的材料方面一贯保持着友好的竞争，这使他们能够研究更有趣的物理问题。
后来，Pfeiffer加入了普林斯顿大学。作为同事，他们开始互助，并很快就形成了一种自然的分治方法办理以前一贯试图回答的问题。在那之后的十多年里，Pfeiffer团队建造了天下上最好的材料沉积仪器，而Shayegan团队则改进了研究超纯材料的物理学方法。（冯维维）
来源： 《中国科学报》
