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研究硅和锗的电子结构。研究硅和锗的电子结构：可以揭示半导体材料的性质，为硅和锗的应用提供理论指导，研究硅和锗的局域密度泛函理论：通过对硅和锗的局域密度泛函理论的研究，可以提出更加准确的性质模型。硅和锗是一种半导体材料，具有重要的应用价值，第一性原理计算是研究半导体材料性质的基础理论，因此，硅和锗的第一性原理论文具有重要的研究价值。
第一作者：Pin-Chun Shen, Cong Su, Yuxuan Lin, Ang-Sheng Chou
通讯作者：Pin-Chun Shen, Lain-Jong Li，Jing Kong
通讯单位： 麻省理工学院(MIT)，台湾积体电路制造公司(TSMC)
先进的超越硅电子技术既需要通道材料，也需要发现超低电阻接触。原子薄的二维半导体具有实现高性能电子器件的巨大潜力。但是，到目前为止，由于金属引起的间隙态(MIGS)，金属-半导体界面处的能垒(从根本上导致高接触电阻和较差的电流传输能力)限制了二维半导体晶体管。最近， 麻省理工学院(MIT)Pin-Chun Shen和Jing Kong，台湾积体电路制造公司(TSMC)Lain-Jong Li 等人 在国际知名期刊 “Nature” 发表题为 “Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors” 的研究论文。他们报道了半金属铋与半导体单层过渡金属硫化合物(TMDs)之间的欧姆接触，其中MIGS被充分抑制，TMD中的简并态与铋接触形成。通过这种方法，他们在单层MoS2上实现了零肖特基势垒高度，接触电阻为123欧姆微米，通态电流密度为1135微安/微米。就他们所知，这两个值分别是尚未记录的最低和最高值。他们还证明了可以在包括MoS2、WS2和WSe2在内的各种单层半导体上形成出色的欧姆接触。他们报道的接触电阻是对二维半导体的实质性改进，并接近量子极限。这项技术揭示了与最新的三维半导体相媲美的高性能单层晶体管的潜力，从而可以进一步缩小器件尺寸并扩展摩尔定律。
图1：半金属-半导体接触的间隙态饱和的概念
原文链接：
与传统超导材料相比，高温超导体在温度高得多的条件下，承担着零电阻导的电。自从30多年前被发现以来，由于其在磁悬浮列车和长距离电线等技术上具有革命性的潜力，使得人们对高温超导体产生了极大的兴趣，但是科学家们仍然不明白高温超导体的原理是什么。其中一个谜团是，电荷密度波（在材料中运行的电子密度高低的静态条纹）已经在高温超导体的主要家族之一铜基铜酸盐中发现。但这些电荷条纹是增强超导性，抑制超导性，还是起到了其他作用？在独立研究中，两个研究小组报告了在理解电荷条纹如何与超导相互作用方面取得的重要进展。这两项研究都是在美国能源部SLAC国家加速器实验室用x射线进行的。在发表于《科学进展》期刊上的研究论文中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)研究人员利用SLAC的Linac相干光源(LCLS) x射线自由电子激光器，观察了铜超导体中电荷密度波的波动。用传统激光的脉冲干扰电荷密度波，然后使用x射线共振非弹性散射(RIXS)，观察这些波在几万亿分之一秒内的恢复，这个恢复过程遵循一个普遍的动态缩放定律：在所有的尺度上都是相同的，就像分形图案在放大或缩小时看起来是一样的。有了LCLS，科学家们第一次能够精确地测量电荷密度波波动的距离和速度。令人惊讶的是，研究小组发现，波动并不像铃声或蹦床的弹跳；相反，它们更像是糖浆的缓慢扩散：一种在固体中从未见过的液晶行为的量子模拟。美国伊利诺伊大学香槟分校彼得·阿巴蒙特教授团队的博士后研究员马泰奥·米特拉诺(Matteo Mitrano)说：我们在LCLS的实验建立了一种研究电荷密度波波动的新方法，这可能促使对高温超导体如何工作的新理解产生。这个团队还包括来自斯坦福大学、美国国家标准与技术研究所和布鲁克海文国家实验室的研究人员。发表在《自然通讯》上的另一项研究，利用斯坦福大学同步加速器辐射光源的x射线，发现了两种电荷密度波的排列方式，在这些波与高温超导之间建立了新的联系。在SLAC科学家李俊锡(Jun-Sik Lee)的带领下，研究小组利用共振软x射线散射(RSXS)来观察温度如何影响铜超导体中的电荷密度波。这解决了之前实验数据的不匹配问题，并为全面绘制这些奇异超导材料中电子行为的图谱开辟了新道路。相信， 探索 新的或隐藏排列方式，以及它们相互交织的现象，将有助于我们对铜酸盐高温超导性的理解，这将为研究人员设计和开发在更高温度下工作的新超导体提供信息。
目前有关高温超导磁悬浮的研究,主要集中在准静态宏观电磁特性上,包括悬浮力、导向力、刚度及力弛豫等。然而磁悬浮车在实际运行过程时,超导块材将不可避免经历不均匀的外磁场,会对超导体的悬浮性
拓扑超导是一类新的拓扑量子物态，其体态是有能隙的超导态，而边界上则存在无能隙的马约拉纳零能模。零维马约拉纳零能模具有非定域关联和非阿贝尔统计性质，可以对其进行编织操作，进而实现拓扑量子计算。因此近十年来，拓扑超导态的研究逐渐成为凝聚态物理的重要研究方向。
不同的对称群可以保护不同的拓扑物态，因此在各种对称群下对拓扑物态进行分类是发现新型拓扑物态的重要一步。最近 华中 科技 大学 研究团队（邹金雨博士、谢庆博士和徐刚教授）和 普林斯顿大学 宋志达博士在《国家科学评论》( National Science Review ，NSR) 发表研究论文， 提出了通过具有不同手征对称性本征值的马约拉纳零能模的相容性，来进行拓扑分类的新思路，并对一维定域磁群保护的超导量子线进行了系统研究，发现了新奇的拓扑超导态，以及局域在端点的马约拉纳零能模。
受定域磁群保护的一维超导线的拓扑分类
如上表所示，一维磁群独有的不改变格点位置的磁操作包括MxT、C2T、C4T、C6T。结合超导体系固有的粒子-空穴对称性P，可以给出手征对称性S。量子线端点的马约拉纳零能模也是手征对称性的本征态。通过判断零能模之间的相容关系，可以给出拓扑态的类型。
徐刚等发现：
在此基础上，作者构建了满足C4T的最小一维拓扑超导模型，计算其拓扑不变量，并数值和解析分析了其马约拉纳零能模。
(a)C4T不变的超导线。胞内同自旋耦合远大于自旋轨道耦合，因而一个元胞内四个态劈裂为反对称的简并态和对称简并态。为简单计，仅讨论反对称简并态。(b) 拓扑超导相图。(c) 拓扑超导态开边界时能谱，其中有四个马约拉纳零能模。
这类新奇的拓扑超导态拓宽了人们对拓扑超导的认识，为马约拉纳零能模的实现、奇异拓扑约瑟夫森效应等研究提供了新的思路。 该研究结果不仅丰富了一维拓扑超导态，还可通过铺陈、堆叠等方式构造二维及三维奇异拓扑超导体，实现无能隙的马约拉纳边界态或表面态。
最后，作者还讨论了在棋盘状反铁磁铁基超体中实现helical Z拓扑超导的可能性。
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超导体与半导体的相似之处如下：
当某些条件满足时，可以充当导体。
超导体与半导体的区别如下：
一丶物理性质
1．半导体的电阻比超导体的电阻大。
2．超导体是在一定条件下电阻为0的材料。半导体是一种导体和绝缘体在室温下导电的材料。
二、关于使用
3．半导体需要在室温下使用，超导体一般需要在超低温下使用。
4．不同的功能在实际应用中。
半导体已经使用了很长时间，但是超导体仍然处于发展阶段。
超导体和半导体的作用是：
半导体：电子元件，芯片，晶体管
超导体：远距离传输高压、全超导托卡马克聚变发电机
扩展资料：
超导体的三个基本特性：
1．完全导电性：完全导电性又称零电阻效应，是指温度下降到一定温度以下，电阻突然消失。
2．完全反磁性：完全反磁性也被称为梅斯纳效应。“抗磁性”是指当磁场强度低于临界值时，磁力线不能通过超导体的现象。
完全反磁性的原因是超导体的表面产生一种无损的抗磁超导电流，这种电流产生的磁场抵消了超导体内部的磁场。
3．通量化：量化通量，也称为约瑟夫逊效应，指的是现象，当两层超导体之间的绝缘层薄原子大小，电子对产生隧道电流通过隔热层，也就是说，超导电流可以superconductor－insulator－superconductor结构生成。
参考资料来源：百度百科-半导体
参考资料来源：百度百科-超导体
自己的话导体,一般指金属,其在常温下的金属晶体结构与晶体硅等半导体是大不相同的,虽然名义上金属在非化合态的时候电子轨道最外层也有1-4个电子在围绕原子核高速旋转,看起来是受原子核严密控制的,但实际上金属晶体的结构却十分松散,金属原子之间可以滑动,这就是为什么金属有或多或少的延展性,而电子们的活动就更为自由,当有外电压的作用时,他们就会发生定向移动,形成电流.半导体晶体的内部结构相比之下就牢固得多,特别是体现在原子核对其外层电子的作用力较强,当电子离开原子核的时候,原子核对电子原来的作用力就在原先电子存在处形成了"力量真空",就是我们所说的空穴.而金属的力量相比之下小得多,当失去电子之后就不能认为出现了"力量真空”。所以，只有在描述半导体导电原理是才引入“空穴”这个概念（清华资源）
顾名思义，其区别在于导电能力上：半导体是导电能力在所有物质中处于中等水平的，如硅;导体是导电能力很强的，如金属；超导体就是导电能力比金属还强的，需要在温度极低的情况下才能获得。半导体因为导电能力居中，可以通过其他方法随意的调整其导电能力，所以广泛应用在电子领域，身边的一切电器、手机、电脑等等，都有无数大小半导体芯片组成。
超导体与半导体的相同点为：
在达到特定条件的时候都能作为导体。
超导体与半导体的不同点有：
一、物理性质上
1、半导体的电阻大于超导体的电阻。
2、超导体是在特定条件下电阻为0的材料，半导体是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
二、使用上
3、半导体需要在常温条件下使用，超导体一般需要在超低温条件下使用。
4、在实际运用中作用不同。
5、半导体已经投入使用很长时间，但超导体仍在研发阶段。
超导体和半导体的作用分别是：
半导体：电子元件，芯片，晶体管
超导体：远距离传输高压电，全超导托卡马克核聚变发生器
扩展资料
超导体的三个基本特性：
1、完全电导性：完全导电性又称零电阻效应，指温度降低至某一温度以下，电阻突然消失的现象。
2、完全抗磁性：完全抗磁性又称迈斯纳效应，“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下，磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象，“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。
完全抗磁性的原因是，超导体表面能够产生一个无损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，抵消了超导体内部的磁场。
3、通量量子化：通量量子化又称约瑟夫森效应，指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时，电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象，即在超导体—绝缘体—超导体）结构可以产生超导电流。
参考资料来源：百度百科-半导体
参考资料来源：百度百科-超导体
超导体的应用前景如下：迈斯纳效应使人们可以用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损。另外利用超导悬浮还可制造无磨损轴承，将轴承转速提高到每分钟10万转以上。而超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超导体则可最大限度地降低损耗。超导材料必须在一定的温度以下才会产生超导现象，这一温度称为临界温度。卡末林—昂内斯将汞冷却到才发现超导现象的，这一温度是一个极低的温度，无疑在这样的温度是不可能得到应用的。所以从超导现象发现的第一天起，科学家们就一直朝着室温超导而奋斗。到目前为止，科学家所发现的高温超导体主要有铜基高温超导材料和铁基高温超导材料等等。令我们感到自豪的是，我们中国科学家对这两种高温超导材料都做出了重大贡献，大大推动了超导研究的进展。
过渡金属原子的kagome晶格，为在几何受挫和非平凡能带拓扑存在的情况下，研究电子关联提供了一个激动人心的平台，并不断带来惊喜，在高鸿钧院士/汪自强教授《Nature》超导领域新发现后，来自美国波斯顿学院的Ilija Zeljkovic等研究者 同一天 报道了使用光谱成像扫描隧道显微镜发现一个新的kagome超导体CsV3Sb5中不同的对称破缺电子态作为温度的函数级联。相关论文以题为“Cascade of correlated electron states in a kagome superconductor CsV3Sb5”发表在Nature上。
论文链接：
由原子组成的量子固体排列在共享角三角形的晶格上(kagome晶格)是一个 探索 新的相关和拓扑电子现象的迷人游乐场。由于其固有的几何受挫，kagome系统预测具有一系列奇异的电子态，如键和电荷有序，自旋液相和手性超导等。到目前为止，大多数实验工作都集中在过渡金属kagome磁体上，例如Co3Sn2S2、FeSn和Fe3Sn2，其中不同形式的磁性主导了低温电子基态。在没有磁有序的情况下，电子关联在原则上有利于出现新的对称破缺电子态，但由于磁有序的趋势，这在许多现有的kagome材料中很难 探索 。
AV3Sb5 (A=K, Rb, Cs)，是最近发现的一类不呈现可分辨磁序的kagome金属。这类材料已经在非平凡的拓扑环境中显示出了不寻常的电子行为，比如巨大的异常霍尔响应，源自于巨大的贝里曲率，以及kagome系统中罕见的超导现象。理论表明，AV3Sb5的能带结构具有非平凡的拓扑不变量，并结合显现的超导性，在铁基高 T c超导体家族中与拓扑金属形成有趣的平行关系。由于费米能级附近的van Hove奇点和费米表面的准一维区域造成的态密度大，也为在kagome晶格上寻找难以捉摸的相关态提供了理想的场所。虽然理论预测了kagome晶格电子结构的空间对称破缺的许多可能性，但它们的实验实现一直具有挑战性。
在这里，研究者利用光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)，在kagome超导体CsV3Sb5中发现了对称破缺相的级联与温度的函数关系，可检测为不同的电荷有序态和各向异性准粒子散射特征。这些相在正常状态下发展，并在超导 T c以下持续存在。实验证明，CsV3Sb5中的超导性，来自于本应破缺的旋转和平移对称的电子态，并与之共存。在远高于超导跃迁温度( T c~ K)的温度下，研究者揭示了一个具有2a0周期的三元电荷序，打破了晶格的平移对称性。当系统冷却到 T c时，研究者在费米能级上观察到一个显著的V型光谱缺口，并在超导跃变过程中持续破坏了六重旋转对称性。在微分电导图中，出现了额外的4a0单向电荷阶和强各向异性散射。后者可直接归因于钒kagome能带的轨道选择重正化。该实验揭示了可在kagome晶格上共存的复杂电子态，并提供了与高温超导体和扭曲双层石墨烯有趣的相似之处。
图1 表面表征。
图2 大尺度电子特性。
图3 低温下电荷有序。
图4 CsV3Sb5准粒子干涉(QPI)中旋转对称破缺的可视化研究。
未来的实验，应该通过更详细的温度、能量和掺杂相关的测量来解决不同相之间的竞争，同时也要寻找本征拓扑超导性和非平凡能带拓扑预计会出现的Majorana模式的证据。（文：水生）
超导技术的主体是超导材料，就是没有电阻、或电阻极小的导电材料，电能在流经过程中几乎不会损失。实现超导常须将导体下降至一定温度（起码零下一百多摄氏度），电阻才突然趋近于零。具有这种特性的材料称为超导材料。近年来，随看材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度在提高。 目前科学家虽已合成出在室温下具有超导性能的复合材料，但这还仅限于实验室中。至于它的应用前景（作用），具代表性的有以下几方面：（1）超导无电阻无损耗首先被想到用于长途输电线路中，但目前不可能，因为这不是一般的导线且需要降温。（2）接着被想到的是用于大容量的电气设备中，如超导大容量发电机，发电机线圈超导无电阻无损耗，发电效率极高，功率更大。 （3）还有就是应用到需要产生强磁的装置中，如磁力悬浮列车，核磁共振装置等。因为强磁的产生依赖于电磁线圈中的大电流。超导线圈就有超大电流，产生超强磁场。从实际出发，第（2）、（3）点才是今后超导技术应用的突破点。望采纳。
半导体射线探测器最初约年研究核射线在晶体上作用, 表明射线的存在引起导电现象。但是, 由于测得的幅度小、存在极化现象以及缺乏合适的材料, 很长时间以来阻碍用晶体作为粒子探测器。就在这个时期, 气体探测器象电离室、正比计数器、盖革计数器广泛地发展起来。年, 范· 希尔顿首先较实际地讨论了“ 传导计数器” 。在晶体上沉积两个电极, 构成一种固体电离室。为分离人射粒子产生的载流子, 须外加电压。许多人试验了各种各样的晶体。范· 希尔顿和霍夫施塔特研究了这类探测器的主要性质, 产生一对电子一空穴对需要的平均能量, 对射线作用的响应以及电荷收集时间。并看出这类探测器有一系列优点由于有高的阻止能力, 人射粒子的射程小硅能吸收质子, 而质子在空气中射程为, 产生一对载流子需要的能量比气体小十倍, 在产生载流子的数目上有小的统计涨落, 又比气体计数器响应快。但是, 尽管霍夫施塔特作了许多实验,使用这种探侧器仍受一些限制, 像内极化效应能减小外加电场和捕捉载流子, 造成电荷收集上的偏差。为了避免捕捉载流子, 需外加一个足够强的电场。结果, 在扩散一结, 或金属半导体接触处形成一空间电荷区。该区称为耗尽层。它具有不捕捉载流子的性质。因而, 核射线人射到该区后, 产生电子一空穴载流子对, 能自由地、迅速向电极移动, 最终被收集。测得的脉冲高度正比于射线在耗尽层里的能量损失。要制成具有这种耗尽层器件是在年以后, 这与制成很纯、长寿命的半导体材料有关。麦克· 凯在贝尔电话实验室, 拉克· 霍罗威茨在普杜厄大学首先发展了这类探测器。年, 麦克· 凯用反偏锗二极管探测“ 。的粒子, 并研究所产生的脉冲高度随所加偏压而变。不久以后, 拉克· 霍罗威茨及其同事者测量一尸结二极管对。的粒子, “ , 的刀粒子的反应。麦克· 凯进行了类似的实验, 得到计数率达, 以及产生一对空穴一电子对需要的能量为土。。麦克· 凯还观察到,加于硅、锗一结二极管的偏压接近击穿电压时, 用一粒子轰击, 有载流子倍增现象。在普杜厄大学, 西蒙注意到用粒子轰击金一锗二极管时产生的脉冲。在此基础上, 迈耶证实脉冲幅度正比于人射粒子的能量, 用有效面积为二“ 的探测器, 测。的粒子, 得到的分辨率为。艾拉佩蒂安茨研究了一结二极管的性质, 载维斯首先制备了金一硅面垒型探测器。年以后, 许多人做了大量工作, 发表了广泛的著作。沃尔特等人讨论金一锗面垒型探测器的制备和性质, 制成有效面积为“ 的探测器, 并用探测器, 工作在,测洲的粒子, 分辨率为。迈耶完成一系列锗、硅面垒型探测器的实验用粒子轰击。年, 联合国和欧洲的一些实验室,制备和研究这类探测器。在华盛顿、加丁林堡、阿什维尔会议上发表一些成果。如一结和面垒探测器的电学性质, 表面状态的影响, 减少漏电流, 脉冲上升时间以及核物理应用等等。这种探测器的发展还与相连的电子器件有很大关系。因为, 要避免探测器的输出脉冲高度随所加偏压而变, 需一种带电容反馈的电荷灵敏放大器。加之, 探测器输出信号幅度很小, 必需使用低噪声前置放大器, 以提高信噪比。为一一满足上述两个条件, 一般用电子管或晶体管握尔曼放大器, 线幅贡献为。在使用场效应晶体管后, 进一步改善了分辨率。为了扩大这种探测器的应用, 需增大有效体积如吸收电子需厚硅。采用一般工艺限制有效厚度, 用高阻硅、高反偏压获得有效厚度约, 远远满足不了要求。因此, 年, 佩尔提出一种新方法, 大大推动这种探测器的发展。即在型半导体里用施主杂质补偿受主杂质, 能获得一种电阻率很高的材料虽然不是本征半导体。因为铿容易电离, 铿离子又有高的迁移率, 就选铿作为施主杂质。制备的工艺过程大致如下先把铿扩散到型硅表面, 构成一结构, 加上反向偏压, 并升温, 锉离一子向区漂移, 形成一一结构, 有效厚度可达。这种探测器很适于作转换电子分光器, 和多道幅度分析器组合, 可研究短寿命发射, 但对卜射线的效率低, 因硅的原子序数低。为克服这一点, 采用锉漂移入锗的方法锗的原子序数为。年, 弗莱克首先用型锗口,按照佩尔方法, 制成半导体探测器,铿漂移长度为, 测‘“ 、的的射线, 得到半峰值宽度为直到年以前, 所有的探测器都是平面型, 有效体积受铿通过晶体截面积到“和补偿厚度的限制获得补偿厚度约, 漂移时间要个月, 因此, 有效体积大于到” 是困难的。为克服这种缺点, 进一步发展了同轴型探测器。年, 制成高分辨率大体积同轴探测器。之后, 随着电子工业的发展而迅速发展。有效体积一般可达几十“ , 最大可达一百多“ , 很适于一、一射线的探测。年以后广泛地用于各个部门。最近几年, 半导体探测器在理论研究和实际应用上都有很大发展。
这个你算问对人了，我是在橡树论文网找到王老师的，他每天都会为我指导。
半导体物理迅速发展及随晶体管发明使科家早50代设想发明半导体激光器60代早期组竞相进行面研究理论析面莫斯科列别捷夫物理研究所尼古拉·巴索夫工作杰19627月召固体器件研究际议美麻省理工院林肯实验室两名者克耶斯（Keyes）奎斯特（Quist）报告砷化镓材料光发射现象引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）极兴趣家火车写关数据家哈尔立即制定研制半导体激光器计划并与其研究员道经数周奋斗计划获功像晶体二极管半导体激光器材料p-n结特性敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础且外观亦与前者类似半导体激光器称二极管激光器或激光二极管早期激光二极管实际限制例能77K低温微秒脉冲工作8间才由贝尔实验室列宁格勒（现圣彼堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造能室温工作连续器件足够靠半导体激光器则直70代期才现半导体激光器体积非米粒工作波依赖于激光材料般～微米由于种应用需要更短波器件发展据报导Ⅱ～Ⅳ价元素化合物ZnSe工作物质激光器低温已微米输波～微米室温连续器件输功率已达10毫瓦迄今尚未实现商品化光纤通信半导体激光预见重要应用领域面世界范围远距离海底光纤通信另面则各种区网者包括高速计算机网、航空电系统、卫通讯网、高清晰度闭路电视网等目前言激光唱机类器件市场其应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示及各种医疗应用等晶体管利用种称半导体材料特殊性能电流由运电承载普通金属铜电导体电没紧密原核相连容易电荷吸引其物体例橡胶绝缘体 --电良导体--电能自由运半导体名字暗示处于两者间通情况象绝缘体某种条件导电