Language
Country/Area
No result found
從金銅合金到量子點：超晶格是如何引發材料科學的革命？
在材料科學的長河中，超晶格的發現無疑是一次重要的革命。早在1925年，Johansson與Linde透過特殊的X射線衍射圖案，首次發現了金銅和鈀銅系統中的超晶格結構。這一發現，不僅引起了科學家的廣泛關注，還促進了以後多位學者對於其理論的深入探討，例如Bradley、Jay等人的研究，從而建構了這一新的材料領域。
超晶格的產生，為材料科學的進步提供了無數機遇，更為微觀材料的設計開闢了新天地。
超晶格是由兩種或多種材料組成的周期性結構，通常其層厚僅有幾個納米。在這樣的結構中，材料的機械性質和半導體特性都會顯著改變。根據研究，通過交替使用具有高和低彈性常數的材料的納米層，理論上可以提升抗剪切能力達100倍，這一點在1978年由Lehoczky首次驗證。
與此同時，超晶格在半導體領域的應用也在穩步發展。若超晶格是由兩種不同帶隙的半導體材料組成，便能設置新的電子選擇規則，從而影響電荷在結構內的流動，因此為半導體裝置的性能提升帶來期待。
自1970年代Esaki與Tsu首次提出合成超晶格以來，無數研究證明了其在電學和光學裝置中的潛在應用價值。
超晶格可依據異質結構類型分為三種：Type I、Type II和Type III。這些類型各有特點，從而在半導體材料的選擇上表現出不同的行為。此外，研究人員也開始探索基於斐波那契序列的準周期性超晶格，將其視作一維準晶體，這一想法開啟了新的研究方向。
材料的選擇至關重要，超晶格的半導體材料可按元素組分為IV、III-V和II-VI群。雖然III-V族半導體（如GaAs/AlxGa1−xAs)得到了廣泛研究，但IV族的異質結構則面臨著更大的挑戰。然而，GaAs/AlAs系統的研究顯示出其在激發態下的應用潛力。
隨著技術的進步，超晶格的生產技術也愈發多樣化，最常用的生產技術包括分子束外延（MBE）和溅射。這些技術可以製造出厚度僅幾個原子層的材料。特別是MBE技術在半導體超晶格製造中佔據了至關重要的地位，能夠生產品質高、結構清晰的超晶格。
超晶格的研究不僅豐富了材料科學的內涵，更激發了對量子點等新型材料的探索，推動技術的前進。
隨著實驗技能和理論模型的發展，科學家們開始在熱傳導、電流運動等方面進行全新的探索。例如，最近的研究表明，在具有準周期結構的石墨烯-hBN超晶格中，隨著準周期性的增加，聲子的一致運輸被抑制，這發現或許能帶來新的熱管理技術。
然而，超晶格的潛能不僅限於功能材料，其在固體物理的基礎研究中亦顯示出無窮的可能性。透過對超晶格中電子結構的深入探索，我們或將揭示出新的物理現象，這對現有的材料理解將帶來重大影響。
圍繞著超晶格的研究正如火如荼，未來將如何推動相應領域的進展，將是材料科學家和物理學家需要深入思考的問題？
