科学家研究出一种新材料可以提高计算机处理和存储的效率，对半导体行业产生重大影响。随着计算机应用的不断深入和扩展，需要速度更快、性能更高的计算机系统。虽然超大规模集成电路技术的发展极大地提高了计算机器件的速度，从而使计算机系统的性能大幅度提高。但是，仍然满足不了当前对更高性能计算机系统的需要。人们基于并行处理的思想，开辟了并行处理和并行处理计算机的研究领域。
由明尼苏达大学领导的一个研究小组开发了一种新材料，可以提高计算机处理和记忆的效率。在半导体研究公司的支持下，研究人员已经对这种材料提出了专利，半导体行业的人们已经要求提供材料样品。
首席研究员王建平说，“我们使用的量子材料在过去几年中引起了半导体行业的广泛关注，但是以独特的方式创造了它，从而产生了具有新的物理和自旋电子特性的材料，可以极大地提高计算和存储效率。
这种新材料属于一类称为“拓扑绝缘体”的材料，由于其独特的自旋电子传输和磁性，最近由物理和材料研究界以及半导体工业研究过。拓扑绝缘体通常使用单晶生长工艺制造。另一种常见的制造技术使用称为分子束外延的工艺，其中晶体以薄膜生长。这两种技术都不能轻易扩展用于半导体工业。
在这项研究中，研究人员开始研究硒化铋(Bi2Se3)，一种铋和硒的化合物。然后他们使用称为“溅射”的薄膜沉积技术，该技术由于碰撞而由目标材料中的离子和原子之间的动量交换驱动。虽然溅射技术在半导体工业中很常见，但这是第一次用于制造拓扑绝缘体材料，该材料可以按比例扩展用于半导体和磁性工业应用。
然而，溅射技术起作用的事实并不是实验中最令人惊讶的部分。溅射的拓扑绝缘体层中小于6纳米的纳米尺寸晶粒为材料创造了新的物理性质，改变了材料中电子的行为。在对新材料进行测试后，研究人员发现，与现有材料相比，计算处理和内存的效率提高了18倍。
“随着晶粒尺寸的减小，我们经历了我们所谓的'量子限制'，其中材料中的电子起着不同的作用，使我们能够更好地控制电子行为，”
研究人员使用明尼苏达大学独特的高分辨率透射电子显微镜(TEM)研究了这种材料，这是一种显微技术，其中一束电子通过样品传输形成图像。
“利用我们先进的像差校正扫描透射电镜，我们设法识别出这些纳米尺寸的颗粒及其在薄膜中的界面，”
研究人员表示，这只是一个开始，这一发现可以为半导体行业以及相关行业的更多进步打开大门，例如磁随机存取存储器(MRAM)技术。
“随着这些材料的新物理学可能会出现许多新的应用，”这项前沿研究可能会产生重大影响。
“使用溅射工艺制造像铋 - 硒化物基拓扑绝缘体这样的量子材料是违反该领域所有研究人员的直觉本能，实际上并没有任何现有理论支持，”王说。 “四年前，在半导体研究公司和国防高级研究计划局的大力支持下，我们开始寻找一条实用的途径来寻找一种实用的途径，以便为未来的计算和存储设备发展和应用拓扑绝缘体材料。实验发现导致了拓扑绝缘体材料的新理论。
高性能计算机是一个国家经济和科技实力的综合体现，也是促进经济、科技发展，社会进步和国防安全的重要工具，已成为世界各国竞相争夺的战略制高点。一些发达国家纷纷制定战略计划，提出很高目标，投入大量资金，加速研究开发步伐。多年来，随着大规模集成电路技术的不断进步，以及CPU为基础的高性能并行计算机得到了迅速的发展，其高端系统正向百万亿次、千万亿次迈进。我国近十年来，对高性能并行计算的研究开发也给予了很大重视，取得了长足进步和可贵经验，研制出了具有相当水平的并行机系统，但与发达国家相比，差距仍然甚大，在高性能并行计算的应用开发与相关的人才培养教育方面尤现不足。如何使高性能并行机系统深入充分地在国民经济、科研和社会应用的发展中发挥作用，实为当务之急，引起人们的普遍关心。
(关键字：量子材料 半导体行业)