新時代高科技不計其數越來越發達，小伙伴們看過不少科技新聞吧，在我們生活中應該也用到很多這些高科技東西，有哪些小伙伴值的關注的呢，今天就跟大家分享一篇有關科技方面知識，希望大家會喜歡。

科學家們采用了數字設備的一個共同組成部分，賦予它以前未被觀察到的能力，為新一代硅基電子設備打開了大門。

雖然計算機和手機中的數字電路變得越來越小，處理器越來越快，但是極限正在接近，全世界的科學家們正在努力擴展或超越當今的技術，即互補金屬氧化物半導體或CMOS技術。

在2019年7月發表在“ 物理評論快報”上的一篇研究文章中，科學家們解釋了他們是如何創造出一種金屬氧化物 - “CMOS”中的“MO” - 具有另外一項重要功能。新金屬氧化物不是簡單地作為CMOS晶體管中的通斷開關的無源元件，而是自動激活電流。這一發現有一天可能有助于將計算推向一個通常被稱為“超越CMOS”的時代。

氧化物材料在附近純凈的“未摻雜” 硅中產生電流，這是電子工業中的主要半導體。硅中的導電性發生在僅9個原子層厚的非常薄的區域中。你需要堆疊100,000個這樣的層等于人類頭發的寬度。

這種在硅中感應電流的能力標志著以前被認為價值有限的材料向前邁出了重要一步; 它已經非常好地完成了絕緣子的開關功能，但尚未考慮所有晶體管所依賴的關鍵電流產生能力。

“長期以來僅用作半導體器件中無源元件的氧化物也可以成為一種活躍元素的事實是新的和有趣的，”斯科特錢伯斯說，他是能源部(DOE)Pacific的作者之一和科學家。西北國家實驗室(PNNL)。

半導體測量不一致

結果出乎意料的是，在PNNL，德克薩斯大學(UT) - 阿靈頓和其他地方完成這項工作的科學家花了幾個月的時間試圖了解他們可能犯了什么錯誤，然后通過一系列的測試確認他們的意外的結果是合理的。

對復雜半導體結構的幾次測量，稱為異質結，證明了科學家的精通：被稱為鈦酸鍶的金屬氧化物與硅之間的界限是清晰的。通過原子行的原子行，在UT-Arlington通過稱為分子束外延的過程制備的異質結看起來幾乎是完美的。

除了，對于一些令人驚訝的光譜線，用X射線光探測樣品的結果。光譜顯示出近乎無瑕疵的結構的意外特征。

PNNL的團隊檢查并重新檢查了其X射線測量結果。也許有一種成分被污染了。也許有人在氧化膜生長期間未能將氧氣閥打開得足夠寬。也許儀器操作不正常。或許他們創造的材料不同于他們想要的材料。

但一切都檢查出來了。

錢伯斯說：“我們所擁有的數據是矛盾的，看似奇怪。” “通過大多數措施，我們創造了一種接近完美的材料，但另一個重要的衡量標準似乎表明我們的材料是一團糟。”

就在那時，錢伯斯決定認真研究另一種可能性 - 所有測量都是準確的，并且晶體管，計算機芯片和所有類型的其他數字設備的核心結構都沒有缺陷。相反，是否會有一些以前未知的東西可以解釋神秘的測量?

的確，有。

通過對X射線光譜的研究，錢伯斯意識到結果可以通過電子流穿過硅和鈦酸鍶之間的連接處產生的意外電場的存在來解釋。

任性的氧原子

事實證明，來自鈦酸鍶的極少量氧原子已進入硅中。該團隊無意中摻雜了氧與硅，導致電子從硅轉移到鈦酸鍶，并在硅的最上面的原子平面中產生“空穴”(缺失電子)的電流。

這不是一個容易解決的難題。為此，該團隊必須開發一種新方法來了解其測量結果。來自高能電子衍射，X射線晶體學和高分辨率透射電子顯微鏡的輸入都表明材料接近完美，但是X射線光電子能譜(XPS)的測量似乎表明不是這樣。

XPS通過照射高能光(在這種情況下是X射線)在材料上然后測量發生的情況來工作，這通過發射的電子的能量和強度來判斷。

科學家可以通過用X射線撞擊樣本來學習很多東西。想想搖滾樂隊開始演奏時擁擠的小酒館會發生什么。一些顧客會拍手，其他人會前往出口，有些人可能會拿起他們的儀器加入。對于科學家用X射線照射樣品，分析出來的電子對于理解原子存在的重要性，什么化學物質很重要它們所處的粘合環境，以及材料中的整體能源格局。然而，從原始數據中挖掘出能源格局是一項重大挑戰。

錢伯斯開發了一套假設和概念方法來解釋XPS結果，即材料中存在大電場。然后他轉向PNNL同事Peter Sushko，他是復雜固體材料的專家建模師，編寫計算機代碼來解決與概念相關的方程并確定電場的特性。

Sushko開發了一種算法，可以為不同的原子層分配數百萬個可能的電場值，并模擬每組產生的光譜。一個特定的組合完全符合團隊的實驗光譜：團隊已經證明奇怪的XPS數據與電場的存在和強度一致，這將導致硅中的空穴電流，就像錢伯斯所懷疑的那樣。

“我們發現，使用這種新算法正確解釋我們的XPS所產生的能量景觀恰恰是產生我們觀察到的電導率所需要的，”錢伯斯說。

“彼得的計算機代碼讓我們找到了解決我們所有數據的獨特電場值集 - 真正成為大海撈針。這樣的實驗中的關鍵數據可以在幾個小時內收集，但需要一年時間思考和分析來解釋它們，“他補充道。

Chambers和UT-Arlington的通訊作者Joseph H. Ngai使用完全獨立的方法證實了這些結果。

Chambers和Ngai不希望這一發現立即徹底改變半導體工業或MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的制造。但是這種基礎科學在“超越CMOS”世界中打開了一扇新的大門，團隊為了解結果而創建的算法為科學家提供了一種探測各種層狀結構的新工具，而不僅僅是硅上氧化物的結構。