物理学和化学在伊索寓言2500多年后改写了量子领域的龟兔史。正如跑得最慢的动物要靠毅力和策略才能在比赛中击败跑得最快的那只一样，哥伦比亚大学(美国纽约)的一个研究小组偶然发现了一种名为Re?Se?Cl?(铼、硒和氯的化合物)的超原子材料，这种材料可以用作半导体，因此在实验中，电子可以在不到一纳秒的时间内穿过微米。研究人员解释说:“理论上，它们有可能达到飞秒，比当前千兆赫电子设备在室温下实现的速度快6个数量级。”

　　这一发现发表在《科学》杂志上，这是一个巧合，要感谢学生杰克·图利亚格，他正在和哥伦比亚大学化学教授米兰·德洛尔一起攻读博士学位。第一个人把货号Se?Cl?带到实验室，认为它是一种没有高传导能力的材料，用来测试超分辨率显微镜，这种显微镜可以捕捉超快和超微观尺度上运动的颗粒。“这与我们的预期相反。而不是我们预期的缓慢运动，我们看到了我们见过的最快的运动，”德洛尔说。

　　根据研究人员的说法，硅基半导体允许电子的快速运动，这在超原子材料中是没有预料到的。但实验发现，在Re?Se?Cl?中，激子(由吸收了能量的电子形成的量子态和粒子跃迁到更高能态时产生的空穴)与声子(一种携带能量的准粒子，是电导率的基础)成对存在。这种结合产生了一种新的准粒子，称为声激子极化子，它更重，但矛盾的是，它被证明更快。

　　德洛尔求助于《伊索寓言》来解释。在硅中，电子可以非常快地穿过硅，但就像那只对自己的能力充满信心的兔子一样，“它们来回弹跳得太多，最终不会跑得太快太远。”相比之下，在超原子材料中，激子与声子配对，像乌龟一样“缓慢而稳定地”以“弹道或无色散流动”的方式移动。这种行为类似于流体在管道中无摩擦流动，因此不会失去动能。

　　研究人员总结道:“在没有阻碍的情况下，声波激子-极化子最终在Re?Se?Cl?中的移动速度比硅中的电子要快。”

　　在实验中，在不到一纳秒的时间内，声激子极化子到达了Re?Se?Cl?样品的几微米。这个速度，考虑到它们可以保持稳定约11纳秒，并且由光而不是电来控制，使研究人员可以计算出，理论上，“它们可以在飞秒内覆盖超过25微米的范围。”

　　这一理论势能意味着硅中电子的速度是硅中电子的100万倍，这一比率类似于光的速度与声速或飞机900公里每小时的速度之比。今天的电脑处理器也比20年前的电脑快10 26。德洛尔说:“就能源运输而言，货号Se?Cl?是我们所知道的最好的半导体货号。”

　　Cunef大学数据科学实验室的外部研究和主任jos

　　Luis Salmerón解释了这一发现的重要性:“半导体中能量和信息的转移受到网络中电子载流子和声子之间色散的限制，这导致了限制所有半导体技术的损失。利用超原子半导体如Re?Se?Cl?，作者证明了声学激子-极化子的形成可以防止声子散射。

　　Salmerón，被爱思唯尔和斯坦福大学列入最新的被引用最多的科学家名单，强调了新的半导体呈现出一种由范德华力连接的层状结构:“它们是在原子和分子之间起作用的吸引力。由于电子电荷分布的时间波动。这种特殊的排列使其具有半导体特性，这意味着它的导电性能与传统导体和绝缘体不同。货号Se?Cl?是一种超原子半导体，其独特的电子特性超越了其组成原子的单个特性。

　　这种潜力在商业处理器中的应用受到限制，因为发现的半导体含有铼，铼是地球上一种稀有的化学元素，用于镍基高温合金，或与钼和钨一起用于航空发动机，化学和石化催化剂。或用于耐腐蚀涂层。

　　然而，经过两年的努力，研究小组认为，他们可以利用其他元素的组合，找到与Re?Se?Cl?容量相似的半导体。“这是唯一一种在室温下观察到持续弹道激子输运的材料。但现在我们可以开始预测哪些其他材料可能具有我们之前没有考虑过的这种行为。有一整个家族的超原子半导体材料和其他具有形成声极化子的有利性质，”Delor说。

　　Autonomous Chile研究助理、Capgemini首席数据科学家Salmerón对此表示赞同:“这一发现为寻找在电子和半导体技术中具有革命性应用的材料提供了新的视角。“这一发现不仅扩大了我们对超原子半导体的理解，而且为电子和计算领域更高效、更先进的技术的发展开辟了新的可能性。”

　　“在Re?Se?Cl?″的具体情况下，”西班牙研究人员补充说，“已经观察到受保护的极化子输运，这意味着这些准粒子可以更有效地移动，并且受晶格振动相互作用的影响更小。“这可能对半导体和电子应用的效率和速度产生重大影响。”

　　“这是一个巨大的进步，因为在室温下拥有弹道半导体的能力代表了电子技术在效率、速度和可能应用的多功能性方面进步的重要一步，”Salmerón总结道。

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