前瞻技術脈動：先進材料與技術（202512）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2025年6月6日

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202512）

超純材料中的量子驚奇重新定義金屬物理學
直到現在，獲得無缺陷的SrVO3樣本一直是一項難以克服的挑戰。由University、University of Pittsburgh、Pittsburgh Quantum Institute和University of Minnesota研究團隊發表於《Nature Communications》期刊的研究成果指出，該團隊在超純材料(ultra-clean material)SrVO3中發現了意想不到的現象，挑戰了現有關於金屬中電子相關性（electron correlation）的理論。研究團隊利用先進的薄膜生長技術，實現了前所未有的材料純度，並揭露了與在有缺陷樣本中觀察到的顯著不同的新的傳遞行為。研究發現顯示，我們需要修訂當前的電子交互作用(electron interaction)理論，以增進我們對磁性、高溫超導性和透明金屬的理解。研究成果強調了材料純度在實驗物理學中的重要性，為探索關聯電子系統(correlated electron system)的基本特性開闢了新途徑。
參考資料：Quantum Surprises in Ultra-Clean Materials Redefine Metal Physics. SciTechDaily. 2024/06/25.

新材料為晶片能量收集鋪路
將低溫熱量直接用於電腦處理器似乎是一個理想的解決方案。但可將熱量轉化為電能的材料非常少，而且沒有一種材料與半導體製造廠的現有技術相容。在歐洲，每年約有 1.2 EJ(10¹⁸ J)的低溫熱量被 IT 基礎設施和設備（例如資料中心和智慧設備）浪費。這大致相當於奧地利或羅馬尼亞的一次能源消耗量。將低溫熱量直接用於電腦處理器似乎是一個理想的解決方案。但可將熱量轉化為電能的材料非常少，而且沒有一種材料與半導體製造廠的現有技術相容。來自德國、義大利和英國的研究人員在開發適合片上能量收集的材料方面取得了重大進展。透過合成由矽、鍺和錫製成的合金，他們能夠製造出一種熱電材料，預計將電腦處理器的廢熱轉化為電能。這些新型半導體合金的所有元素均來自元素週期表第四主族，可輕鬆整合到晶片生產的CMOS製程中。
參考資料：New material paves the way to on-chip energy harvesting. TechXplore. 2024/07/08.

檢測未來技術的缺陷：研究增強了對下一代晶片的可能候選者的了解
減少晶片上的功能尺寸將有助於我們滿足對更多掌上記憶體和處理能力的無限需求。但標準材料和工藝所能達到的極限已經接近。美國能源部(DOE) 普林斯頓電漿物理實驗室(PPPL) 的研究人員正在創建下一代電腦晶片。研究一種潛在的矽替代品：一種稱為過渡金屬二硫屬化物(TMD)的二維材料，包括研究TMD原子結構中可能發生的變化、它們發生的原因以及它們如何影響材料。有關變化的資訊為創建下一代電腦晶片所需的流程奠定了基礎。最終的目標是設計基於等離子體的製造系統，該系統可以創建符合應用所需的精確規格的基於TMD的半導體。TMD可以薄到三個原子那麼高。塊狀TMD具有五層或更多層原子。原子排列成晶體結構或晶格。透過研究晶格圖案，在圖案中可以發現微小的變化。圖案中的一個點可能缺少一個原子，或者在奇怪的位置找到一個原子。科學家將這些改變稱為缺陷，但它們可以對材料產生有益的影響，例如使半導體的導電性更強。研究人員在計算了形成不同類型TMD缺陷所需的能量後得出了這一結論。他們研究了涉及硫族空位的缺陷（先前已知這些缺陷存在於TMD中）和涉及氫的缺陷，這種元素常出現在晶片製造過程。
參考資料：Detecting defects in tomorrow's technology: Study enhances understanding of likely candidate for next-generation chips. phys.org. 2024/07/09.

國際團隊打造面向未來6G網路的高頻開關
巴塞隆納自治大學的研究團隊開發了一種能在高頻下運作且低耗能的新型開關，該技術應用於未來的6G大規模通訊系統，研究成果已發表於《Nature Electronics》期刊。開關是控制電子通訊設備的關鍵元件，其主要功能是在允許電信號通過(ON)和阻止電信號通過(OFF)的狀態間切換。當前最快的開關是基於矽的RF SOI MOSFET，但需要持續供電才能保持ON狀態。為了應對物聯網和虛擬實境對高速通訊的需求，UAB團隊開發出一種基於六方氮化硼(HBN)材料的開關，能在高達120 GHz的高頻下運作，並且不需持續外加電壓，只需以電脈衝即可開啟ON或OFF狀態，實現顯著的節能效果。(1369字；圖1)
參考資料：International team creates high-frequency switch for future 6G networks. TechXplore. 2024/07/09.

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