英國(guó)華威大學(xué)和美國(guó)華盛頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，首次將微電子器件中的電子結(jié)構(gòu)可視化，這為制造二維半導(dǎo)體及精密協(xié)調(diào)的高性能微電子設(shè)備打開了大門。

材料的電子結(jié)構(gòu)描述了電子在該材料內(nèi)的行為，從而反應(yīng)出流經(jīng)該材料的電流的性質(zhì)。這種行為會(huì)隨著施加在材料上電壓的大小而變化，隨著電壓變化而變化的電子結(jié)構(gòu)決定了微電子電路的效率。操作裝置中電子結(jié)構(gòu)的變化是現(xiàn)代所有電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)，但到目前為止，還沒有辦法直接看到這些變化的具體情況，來幫助人們理解它們是如何影響電子行為的。

為了能夠直觀地觀察研究微電子器件中電子的行為軌跡，優(yōu)化微電子器件的功能，研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)，用它可以在操控只有原子厚度的所謂二維材料制成的微電子器件時(shí)，測(cè)量電子的能量和動(dòng)量;進(jìn)而利用這些信息，對(duì)材料的光電特性進(jìn)行可視化表達(dá)。該技術(shù)使用角度分辨光發(fā)射光譜(ARPES)來“激發(fā)”選定材料中的電子，通過將一束紫外線或X射線聚焦在一個(gè)特定區(qū)域的原子上，受到激發(fā)的電子就會(huì)從原子中被擊出。然后，研究人員可以測(cè)量該電子的能量和運(yùn)動(dòng)方向，從而計(jì)算出它們?cè)诓牧现兴哂械哪芰亢蛣?dòng)量，由此決定了這種材料的電子結(jié)構(gòu)。然后可以將其與理論預(yù)測(cè)進(jìn)行比較，而理論預(yù)測(cè)是基于最先進(jìn)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算得出的。

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)使得微電子器件電子結(jié)構(gòu)可視化，讓人們獲得設(shè)計(jì)更高性能元器件所需的信息，從而制造出工作效率更高、能耗更低的電子元器件。還有助于開發(fā)二維半導(dǎo)體，這些半導(dǎo)體被視為下一代電子產(chǎn)品的潛在組件，在柔性電子、光電和自旋電子學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。該項(xiàng)由實(shí)驗(yàn)主導(dǎo)的研究成果發(fā)表在近期出版的《自然》雜志上。