负负得正？两个绝缘体合成一个超导体

负负相乘得正，同样两个绝缘体接口，也可以变成超高电子密度的导体──美国犹他大学(University of Utah)以及明尼苏达大学(University of Minnesota)的研究人员发现，该接口乘载的电子气体(electron gas)，在电子密度上优于石墨烯(graphene)以及氮化镓(gallium nitride)。

上述超导体可实现较小型、发热较低以及功耗较低的晶体管，免除充电变压器的需求；还有太赫兹(terahertz)调变器。不过，并非任何一种绝缘体都会达成相同的效果，犹他大学教授Berardi Sensale-Rodriguez以及明尼苏达大学教授Bharat Jalan所采用的复合氧化物，是在商用LaSr基板上生长的钛酸锶(strontium titanate，SrTiO)与之上的钛酸钕(neodymium titanate，NdTiO)，即下图的NTO/STO。

*在穿透式电子显微镜(TEM)下的钛酸钕(NdTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)绝缘体，以及下方的La0.3Sr0.7基板(NTO/STO/LSAT)
（来源：Applied Physics）*

除了以上的配方，其他研究团队也在进行相关研究，以各种其他复合氧化物来展现类似的电子气体现象。Sensate-Rodriguez接受EE Times访问时表示，复合氧化物实际上是许多研究团队关注的题目，举例来说，在美国加州大学圣塔芭芭拉(University of California Santa Barbara)分校就有经验丰富的研究团队，还有康奈尔大学(Cornell)以及日本的团队。

不过Sensate-Rodriguez强调，没有其他团队达成像他与明尼苏达大学教授Bharat Jalan所展现的如此高电子密度；他们的合作始于Jalan先前对高电子密度材料的研究发现，于是Sensate-Rodriguez提议利用Jalan的方法，以石墨烯样本进行评估(太赫兹光谱学)，以判定其精确的电子密度并尝试解密其机制。

“根据我先前对石墨烯的研究经验，我预期会看到比利用DC量测所提取的更大传导性，因为太赫兹光谱学能更接近期内在特性，也就是材料的基础限制；”Sensate-Rodriguez表示，最后他们发现，在氧化物接口产生的2D电子气体之传导性，不但媲美石墨烯与氮化镓，更有趣的是，氮化镓与那些氧化物都能受益于大型击穿电场(breakdown field)，因此很适合应用于电力电子。

此外两位教授还推论，复合氧化物接口产生超高电子密度的机制与氮化镓并不相同；Sensate-Rodriguez表示，氮化镓的高传导性是材料内高迁移率的产物，但是在NTO/STO内的高电子密度，则是两种不差的迁移率结合之结果：“这是两种产生类似结果、基本上却完全不同的机制，因为材料的传导性取决于电荷密度以及电荷的迁移率。”

*复合氧化物材料特性，详情请参考：http://research.cems.umn.edu/jalan/Jalan_research_group/Home.html
（来源：University of Minnesota）*

Sensate-Rodriguez与Jalan对NTO/STO材料如此乐观看待的原因，来自于这种全新发现的材料架构在还没有优化的情况下，导电性能就已经媲美氮化镓甚至石墨烯，若进一步优化，其导电性能也可望大幅提升：“还有很多优化步骤可以做，特别是在材料的生长上；目前高质量样本的纳米与微米等级导电性，与在氮化镓或石墨烯材料上看到的都差不多。”

研究人员也看好这种新材料能超越传统氮化镓的应用领域，可望实现例如电动车或是迷你化电源供应器适用的更小尺寸、电流消耗更小、发热温度更低的电力电子；此外NTO/STO材料在太赫兹范围的成功调变，也可望让例如机场安检扫描机尺寸大缩水，或是在敏感度上大幅提升。Sensate-Rodriguez指出：“在应用上，我认为有两个方向，一是电力电子、一是太赫兹装置例如调变器；但目前一个重要的研究方向，是如何有效调节电荷以实现主动组件。”

*犹他大学教授Berardi Sensale-Rodriguez
（来源：University of Utah）*

编译：Judith Cheng

本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载

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