▲所有的实验样品的储存和操作都是在真空当中进行，更接近于太空环境。
未来的电子产品将着重克服发热耗电的缺点。自旋电子技术试图依靠电子的量子物理属性（上旋／下旋）来处理和存储信息，而传统技术是用电流搬运电子。美国亚利桑那大学的科学家研究了一种被称为“过渡金属硫化物（TMD）”的特异材料，即由锡和硫的交替层组成TMD，它们具有令人兴奋的可存储和处理信息的方向性的特性，有可能为未来的晶体管和光伏电池提供基础，甚至可能为量子计算开辟途径。该研究近期发表在《自然通讯》杂志上。
目前基于半导体的光电池只能将25%的太阳能转化为电，TMD极有望提高效能。大多数TMD材料只有在极薄（1-3个原子厚度）的较大平面上才能展现魔力，而该研究小组发现，部分TMD属性只要利用市售的晶体材料就可以实现，这一发现能大大简化工业设计。
为了观察电子在晶体中的运动，确定其属性可以保留，研究小组设计出一个类似“秒表”的装置，通过给电子的移动计时来直接观察其实时移动。研究人员利用高能X射线对实验样品中的单个电子进行加速，仪器显示，被加速的电子在几百微微微秒中完成运动，之后全都分布在同一层；跑到其他层的电子运动速度则慢了10倍以上。可以确定，有方向性的加速能让电子留在同一层。
研究人员观察发现：电荷流具有方向依赖性。这种方向性正是TMD材料的魅力所在，因为它可以用来编码信息。举例说明，向右移动可以编码为1，向左移动编码为0。如果可以让电子成列地向左或向右移动，就好像写出一串0或一串1。
此外，工程师们可以利用光而不是用电流，如用激光来操纵、读取和处理信息，也许有一天可以利用光子纠缠传递信息，为量子计算方式开辟道路。
该研究的意义在于探测了分层TMD晶体的奇异特性，如果用硅或其他材料就无法看到这一点。
科界原创
编译：馥莉 审稿：阿淼 编辑：程建兰
来源：https://phys.org/news/2018-02-electrons-crystals.html
