文章来源：Science Daily，烯盟资讯

研究人员发现，三铋化物（na3bi）可以制造是最高质量的石墨烯的电子替代光滑，同时保持石墨烯的高电子迁移率。

三铋化物是拓扑狄拉克半金属（TDS），被认为是一个三维等效的石墨烯，它显示了相同的非常高的电子迁移率。在石墨烯中，如同在TDS中，电子以不变的速度运动，不依赖于它们的能量。这种高电子迁移率在快速开关电子学材料中是非常理想的。理论上，电子在石墨烯中的流动速度是硅的100倍。然而在实践中，由于材料的二维性质，石墨烯显著的电子流动性受到限制。

虽然石墨烯本身是非常纯净的，但作为单独的材料，它太脆弱了，必须用另一种材料加以约束。由于石墨烯是原子薄，在基板能够导致在石墨烯电子无序杂质。这种微观的不均匀性被称为“电荷水坑”，限制了电荷载流子的迁移率。在实践中，这意味着石墨烯器件必须精心构建石墨烯片放在一个衬底材料，最大限度地减少这种电子障碍。六方氮化硼（h-BN）通常用于此目的。

但现在，在澳大利亚的海军研究中心的研究人员发现，三铋化物（na3bi）生长在他们的实验室在莫纳什大学为最高质量的石墨烯/ h-BN电子顺利。“这是一个了不起的成就，这是第一次一个3D狄拉克材料已经在这样一种方式来衡量的，”Edmonds博士说。”我们很高兴能在这种材料中找到如此高度的电子平滑度。”

这一发现对于推动这一新型拓扑材料的研究具有重要意义，在电子领域有着广泛的应用前景。知道的许多研究领域这将是不可能的，”Edmonds博士说。”石墨烯/h-BN相同的发现引发了2011相当的补充研究。”

自2004发现石墨烯中电子相对论（高迁移率）流动以来，已经有许多研究。在最近的研究中，类似的研究na3bi可以预期。na3bi提供了石墨烯的一些有趣的优点。以及参与的双层石墨烯/ h-BN设备施工方法避免困难，na3bi可以在毫米级或更大的成长。目前，graphene-h-bn是只有几微米。

另一个显著优点是使用na3bi为导电通道的新一代晶体管-一个建立在拓扑绝缘体的科学潜力。这项研究发表在2017年12月的《科学进步》上。

下一步 研制拓扑晶体管

“电子顺利发现，TDS薄膜晶体管的开关拓扑的一个重要步骤，”米迦勒教授介绍到。“石墨烯是一个很好的导体，但不能切断或控制。拓扑材料，如na3bi，可以切换从传统拓扑绝缘体的绝缘体电压或磁场的应用。”

拓扑绝缘体是一种新材料，其内部表现为电绝缘体，但沿其边缘可携带电流。与传统的电气路径不同，这种拓扑边缘路径可以携带几乎零能量耗散的电流，这意味着拓扑晶体管可以在不燃烧能量的情况下转换。

拓扑材料在去年的诺贝尔物理学奖中得到了认可。拓扑晶体管会像传统晶体管那样“开关”。一门应用将是一个潜在的拓扑绝缘体之间的na3bi通道开关边缘路径（开）和传统的绝缘子（开）。

更大的图景：计算中的能源使用

最主要的挑战是计算和信息技术（IT）中日益增长的能源。每一次晶体管开关时，都会消耗少量的能量，万亿个晶体管每秒转换数十亿次，这能量叠加起来。在计算中燃烧的能源已经占全球电力使用量的5%，而且每十年翻一番。

多年来，越来越多的计算效率，以及越来越紧凑的计算机芯片，在数量上越来越多地计算了能源需求，这与穆尔的Law有关。但是，随着基本物理极限的临近，穆尔定律正在终止，未来的效率有限。

“计算继续成长，以跟上不断变化的需求，我们需要更高效的电子产品，”米迦勒教授说，”我们需要一种新型晶体管，它在开关时能消耗更少的能量。这一发现可能是朝着改变计算世界的拓扑晶体管的方向迈出的一步。”