​据物理学组织网站2017年10月11日报，众所周知，静电荷可以让头发竖起来、让气球粘在衣服上。近日，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室经一项全新研究发现，静电荷还可作为驱动未来原子级超薄电子存储器件的一种有效方式。该研究发表在最近一期的《自然》杂志。

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研究人员发现，通过电子注入或“掺杂”可以使二维材料的原子结构发生可逆性的结构相变。而且这一过程比当前用于改变材料结构的其它方法所消耗的能量少很多。通过向材料中注入电子，可以使材料整体能量升高并打破体系的平衡状态，诱发材料的原子结构按照全新的、更加稳定的结构模式进行重排。

这种在二维维度限制下由电子注入驱动的结构相变，不仅对基础物理学研究至关重要，而且为下一代超薄电子存储器和低功耗开关的研发创造了条件。将材料结构从一种状态变到另一种状态的二进制特性正是当今数字电路的基础。虽然当前电子元器件已经缩小到仅有纸片薄厚的程度，但科学家仍然认为这些器件是三维结构。相比之下，二维单层材料仅由一层原子或分子构成，厚度是头发丝的十万分之一。通过电子注入改变材料原子结构的方法对于二维材料来说是独一无二的，因为相比于三维材料块体材料，二维材料拥有更强的电可调性。

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驱动材料结构发生改变的经典方法需要将材料加热至500摄氏度以上，非常耗能，不适合实际应用。此外，多余的热量还会严重影响元器件集成电路的寿命。许多研究团队还对利用化学品改变半导体材料的原子结构进行过研究，但这些过程非常难以控制，至今也没有在业界推广使用。与使用化学品相比，采用电子注入的方式过程可逆且不会产生杂质。在智能手机、电脑和其它电子设备制造中具有更大的应用潜力。

研究人员在典型二维半导体材料二碲化钼表面涂布具有超高电容或电荷存储能力的胺盐离子液体（DEME-TFSI）。胺盐离子液体层使以每平方厘米一百万亿甚至一千万亿的密度向半导体材料注入电子成为可能，注入的电子密度比普通三维块体材料所能达到的水平高2到3个数量级。

光谱测试结果显示，电子注入使二碲化钼的原子结构从六方结构变成了单斜结构。当电子被收回后，材料的晶体结构又转变为原来的六方结构，这表明这一相变过程确实是可逆的。此外，由于两种结构的对称性差异，还可在光学器件中得到应用。

研究人员指出，这种具备光学或电子晶体管两种功能的超薄器件，必将拓宽我们日常所使用电子设备的应用范围。

作者：工业和信息化部电子第一研究所  李铁成