摘要：硅是最著名的半导体材料。但是，控制纳米结构会极大地改变材料的特性。使用特殊开发的蚀刻设备，一个团队现在生产了带有无数毛孔的介孔硅层，并研究了它们的电导率和导热性。研究人员首次阐明了这种介孔硅中的电子传输机制。该材料具有巨大的应用潜力，也可以用于将量子计算机的热隔离量机进行。...

硅是最著名的半导体材料。但是，控制纳米结构会极大地改变材料的特性。 HZB的一个团队使用特殊开发的蚀刻设备，现在生产了带有无数毛孔的介孔硅层，并研究了它们的电导率和导热率。研究人员首次阐明了这种介孔硅中的电子传输机制。该材料具有巨大的应用潜力，也可以用于将量子计算机的热隔离量机进行。

介孔硅是结晶硅，纳米大小的孔。该材料具有巨大的内部表面积，也具有生物相容性。从生物传感器到电池阳极和电容器，这打开了广泛的潜在应用。此外，该材料的高温电导率极低，表明将其作为热绝缘子。

了解硅纳米结构中的运输特性

尽管介孔硅已经闻名了数十年，但到目前为止，对荷载体的运输以及晶格振动的可能参与（Phonons）缺乏基本了解。私人说：“但是，为了以有针对性的方式开发材料，需要对运输属性和流程进行精确理解。”杜斯。克劳斯·哈比希特（Klaus Habicht）博士，负责HZB量子材料（QM-ADT）部门的动态和运输。

Habicht和他的团队现在提出了新的见解。他们使用在HZB上优化的蚀刻技术合成了一系列硅纳米结构，并确定了依赖温度的电导率和热电器。

波动状态的电子主导运输

该研究的第一作者汤米·霍夫曼（Tommy Hofmann）博士说：“通过分析数据，我们能够明确地识别基本的收费运输过程。”关键发现是：“不是通过障碍局部的电子，它将从一个局部状态跳到下一个占主导地位的电荷运输，而是延长的波动状态。”在这种情况下，电导率随着障碍的增加而降低。在依赖疾病的“迁移率边缘”上移动电荷载体所需的激活能增加了。

与跳跃过程相反，晶格振动在电荷运输中没有发挥作用。从Seebeck效应的测量值可以看出这一点尤其明显，Seebeck效应沿着定义的方向暴露于温度差时，探测样品的电压。

汤米·霍夫曼（Tommy Hofmann）博士说：“这是我们第一次为无序的纳米结构硅中的微观电荷载体运输提供了可靠而新颖的解释。”

歧管应用

这些结果与实际应用高度相关，因为介孔硅可能是基于硅Qubit的理想选择。这些量子位在低温温度下运行，通常低于1 kelvin，并且需要非常好的热绝缘材料，以防止周围环境中的热量吸收并擦除量子中存储的信息。 Habicht说：“要使用隐喻，您可以将介孔硅视为用于建筑结构的一种绝缘泡沫。”

介孔硅的使用也可能适用于由于晶体或多晶硅的高导热率而导致迄今为止失败的半导体应用。 Habicht说：“该疾病可以以目标方式使用。”具有纯粹随机分布的中孔的半导体将是一种令人兴奋的新型材料，用于技术应用，从光伏，热管理和纳米电子技术到量子计算机的Qubits。