新一代半导体即将问世！来自华丽的量子物理学

LED灯和显示器，以及高质量的太阳能电池板诞生于半导体的一场革命，它能有效地将能量转换为光，反之亦然。现在，下一代半导体材料即将问世。在一项新的研究中，研究人员发现，在他们改造照明技术和光电技术的潜力背后，隐藏着古怪的物理现象。将这些新兴所谓“混合半导体”的量子特性与其已有的进行比较，就像是将莫斯科芭蕾舞团比作千斤短跳。由乔治亚理工学院的研究人员领导的一个物理化学家团队称，由量子粒子组成的旋转团在这些新兴材料中波动，可以轻松地创造出非常理想的光电特性，这些相同的性质在现有半导体中是不现实的。

博科园-科学科普：在这些新材料中移动的粒子也参与了材料本身的量子运动，类似于舞蹈者吸引地板与他们一起跳舞。研究人员能够测量舞蹈引起的材料的模式，并将其与新兴材料的量子特性和引入材料的能量联系起来。这些见解可以帮助工程师有效地研究新型半导体。这种新兴材料能够容纳类似于舞者各种古怪的量子粒子运动，这与它在分子水平上的不寻常的灵活性直接相关，就像加入舞蹈的舞池一样。相比之下，现有半导体具有刚性的、直线排列的分子结构，这使得跳舞变成了量子粒子。研究人员检测的混合半导体被称为卤化物有机-无机钙钛矿(HOIP)，这将在底部与“混合”半导体名称一起详细解释。

“混合”半导体是将半导体中常见晶体晶格与一层具有创新d性的材料结合在一起。提升机不仅具有独特的光亮度和节能性能，而且易于生产和应用。乔治亚理工大学化学与生物化学学院的教授卡洛斯·席尔瓦说：一个令人信服的优势是，提升机是在低温下制造，并在溶液中进行处理。生产它们所需的能源要少得多，而且可以大批量生产。席尔瓦与乔治亚理工学院和意大利理工学院的Ajay Ram Srimath Kandada共同领导了这项研究。大多数半导体的小批量生产都需要很高温度，而且它们的表面很硬，但可以在起重机上涂上油漆来生产led、激光器，甚至是窗户玻璃，这些玻璃可以发出从海蓝宝石到紫红色的任何颜色的光。

吊装照明可能只需要很少的能源，而太阳能电池板制造商可以提高光电效率，降低生产成本。由佐治亚理工学院领导的研究小组包括来自比利时蒙斯大学和意大利理工学院研究人员。研究结果于2019年1月14日发表在《自然材料》上。这项研究由美国国家科学基金会、欧盟地平线2020、加拿大自然科学和工程研究理事会、丰德魁北克的pour la Recherche和比利时联邦科学政策办公室资助。光电器件中的半导体可以把光转换成电，也可以把电转换成光。研究人员专注于与后者相关的过程：光发射。让一种材料发光的诀窍，从广义上说，就是把能量应用到材料中的电子上，这样它们就能从围绕原子的轨道上获得量子跃迁，然后当它们跳回到空出的轨道上时，就能以光的形式释放出这种能量。

已建立的半导体可以在严格限制电子运动范围的材料区域捕获电子，然后将能量应用到这些区域，使电子一致地进行量子跃迁，在它们一致地跳下来时发出有用的光。这些是量子阱，材料的二维部分限制了这些量子特性，从而产生了这些特殊的光发射特性。有一种可能更具吸引力的发光方式，这也是新型混合半导体的核心优势。一个电子带负电荷，它被能量激发后空出的轨道叫做电子空穴。电子和空穴可以相互旋转形成一种假想粒子，或准粒子，称为激子。激子的正负吸引被称为结合能，这是一种非常高能的现象，这使得激子非常适合发光。当电子和空穴重新结合时，空穴释放出结合能来发光。但通常，激子很难在半导体中保持。

传统半导体中的激子特性只有在极冷温度下才稳定，但在提升过程中，激子性质在室温下非常稳定。激子从原子中释放出来并在物质中移动。此外，HOIP中的激子可以围绕其他激子旋转，形成准粒子，即双激子。还有更多。激子也会围绕材料晶格中的原子旋转。就像电子和电子空穴产生激子一样，激子绕原子核旋转会产生另一种准粒子，叫做极化子。所有这些作用都会导致激子向极化子转变。我们甚至可以说一些激子呈现出一种“极化子”的细微差别。使所有这些动力学更加复杂的是，提升装置充满了正离子和负离子。这些量子舞蹈的华丽对材料本身有着至关重要的影响。

不同寻常的是，材料中的原子与电子、激子、双激子和极化子共舞，在材料中产生了重复的纳米级凹痕，这些凹痕可以作为波型观察到，随着能量的增加，这些凹痕会发生位移和通量。在基态下，这些波型会以某种方式呈现，但随着能量的增加，激子的表现会有所不同。这改变了波浪模式，这就是我们所测量的。这项研究的关键观察结果是，波型随激子类型(激子、双激子、极化子/非极化子)的不同而变化。这些凹痕也会抓住激子，减缓它们在材料中的移动速度，所有这些华丽的动力学可能会影响光发射的质量。

该材料为卤化物有机-无机钙钛矿，是由两个无机晶格层构成的夹层，中间夹有一些有机材料，形成有机-无机杂化材料，量子作用发生在晶格中。中间的有机层就像一层橡皮筋，使水晶格子变成一个摇摆但稳定的舞池。此外，提升机与许多非共价键连接在一起，使材料柔软。晶体的单个单位以一种叫做钙钛矿形式存在，它是一种非常均匀的钻石形状，中间是一种金属，而像氯或碘这样的卤素在点上，因此被称为“卤化物”，在这项研究中，研究人员使用了含有公式(PEA)2PbI4的二维模型。

博科园-科学科普｜研究/来自：乔治亚理工学院

Ben Brumfield, Georgia Institute of Technology

参考期刊文献:《Nature Materials》

论文DOI: 10.1038/s41563-018-0262-7

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词汇考察题？职称英语中有词汇选择题哦！词汇选择题没有同学想象的那么困难，但是单词量不够是万万不行的，词汇选择考察应试者在一定语境下对单词或短语的理解。从表面上，这是词汇的考题，实际上这是一种最简单的阅读理解题。这里要给大家澄清一个概念，任何一种语言的语义最小单元是句子，而不是词。但是词汇或短语的理解对于句子的理解起着重要的作用。

词汇不足的人在英文听、说、读、写各方面的能力都会受到严重限制。一般大多数人认为背单词既吃力，又成效不大。实际上，若能采用适当的方法，不仅可以缩短扩大词汇量所需的时间，并且能提高记忆单词的质量。

一、结合记忆法

将比较生疏，不常用的单词放入一定的语言环境——句子中，结合句意来记忆单词。遇到此单词时，若词义忘记，则可通过回忆所在句子的意思来记忆单词。

例如：

slope

n. ①倾斜坡度斜度

There is always a certain slope in a ship's deck. 船的甲板总有几分倾斜。

②斜面斜坡

We climbed the steep slope of the hill. 我们爬了那座陡峭的斜坡。

vi. 倾斜。

The railroad slopes up slightly at this point. 铁路在此处有轻微的倾斜。

通过此法来掌握词汇，既有助于记住单词本身的拼写、拼读，又可同时熟悉词的词义、词性、用法和搭配，比孤立地背记单词效果要好。

二、同类记忆法

将同类词汇收集在一起，同时背记。注意，同类词汇与同义词不同：同义词是指意思相同，而同类词是指基本属性相同、具体意义的层次，级别或范围不同的一类词汇。

如headmaster和principal是同义词，都表示，“中小学校长”president和chancellor是同义词，都表示大专院校“校长”。这两组词是同类词汇，都表示“校长”，但具体级别不同，所以两组词不是同义词。

再如bachelor(学士)、master(硕士),doctor (博士)三个词都表示学位授予的情况，但具体级别不同，所以这三个词也是一组同类词汇。

这样，将同类词汇放在一起记忆，当遇到其中一个词时，头脑中出现的就是一组词，效率大大提高了。

三、比较记忆法

把同义词或形似词放在一起，加以区别。记忆的过程是一组组，一对对单词同时记忆。职称英语中有很大一部分都是对同义词或近义词的考察，需要平时进行记忆和积累。

例题1：The researchers have just completed a study of driving situations.(2004年职称英语卫生类C级)

A. started

B. finished

C. changed

D. made

答案：B

四、构词法记忆法

通过掌握构词法来记忆单词。英语主要有三种构词法：

1)转化，即由一个词类转化为另一个词类。例如：

picture (n)画-picture (v)描绘

water (n)水-water (v)浇水

例题1： He has trouble understanding that other people judge him by his social skills and conduct. (2003年职称英语卫生类C级)

A. behavior　B. style　C. mode　D. attitude

答案：A

解释：

Conduct (v.)引导，管理，为人，传导

Conduct (n.) *** 守，行为

Conductor (n.)列车员，售票员，指挥者，导体等

Semi-conductor 半导体

2)派生，即通过加前缀或后缀构成另一个词，例如：

happy→ unhappy(加前缀) happiness(加后缀)

例题1： The workers in that factory manufacture furniture. (2003年职称英语卫生类C级)

A. promote

B. paint

C. polish

D. produce

答案：D

3)合成，即由两个或更多的词合成一个词。例如：

wood(木)+cut(刻)→ woodcut(木刻)

pea(豌豆)+nuts(坚果)→ peanut(花生)

例题1： In the latter case the outcome can be serious indeed. (2003年职称英语卫生类C级)

A. judgement　B. resultC. decision　D. event

答案：B

五、根义记忆法

利用根义代替记忆多义，可以解决“没有生词”却老读不懂的问题。

比如要问immediate(ly)是否已记住，回答当然是肯定的。那么就请看下面三个“没有生词”的片段：

a) The woman walks immediately behind the car.

b) She is my immediate neighbor.

c) the immediate cause

若没有读懂，那么就请看immediate(ly)根义

中间没有间隔(地)

1)(时间)立刻

2)(空间)紧挨，通接，紧跟，

3)(关系)直接

例题1：He will leave immediately. (2005职称英语用书)

A. far away

B. right away

C. right here

D. soon

答案：B

六、几组对容易混淆词进行特别记忆

(1)有些字可当形容词又可当副词,例如： earlypasthalflongstraightfasthardquickdeepslowprettyawfulwrongrighthighlatehourlyearlyweeklyetc.

(2)有些形容词变为副词, 可在字尾加ly, 也可以不加, 不过在字义上不同。

(A) easy “安适地”easily “容易地”：

(B) clear ( = completely “完全地”clearly“显然地”)

(C) high “高”highly “很非常”

(D) Slow 和 slowly当副词时同义, 但 slow比 slowly语气强.

(E) hard “辛苦地”hardly “几乎不”

(F) just “刚才仅”justly “公正地”

(G) late “迟”lately (= recently)“最近地”

(H) Pretty (= fairly, moderately)“十分，颇”prettily (= in a pretty way, attractively)“漂亮地”。

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