科學家研究出一種新材料可以提高計算機處理和存儲的效率，對半導體行業(yè)產(chǎn)生重大影響。隨著計算機應用的不斷深入和擴展，需要速度更快、性能更高的計算機系統(tǒng)。雖然超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展極大地提高了計算機器件的速度，從而使計算機系統(tǒng)的性能大幅度提高。但是，仍然滿足不了當前對更高性能計算機系統(tǒng)的需要。人們基于并行處理的思想，開辟了并行處理和并行處理計算機的研究領域。

    由明尼蘇達大學領導的一個研究小組開發(fā)了一種新材料，可以提高計算機處理和記憶的效率。在半導體研究公司的支持下，研究人員已經(jīng)對這種材料提出了專利，半導體行業(yè)的人們已經(jīng)要求提供材料樣品。

    首席研究員王建平說，“我們使用的量子材料在過去幾年中引起了半導體行業(yè)的廣泛關注，但是以獨特的方式創(chuàng)造了它，從而產(chǎn)生了具有新的物理和自旋電子特性的材料，可以極大地提高計算和存儲效率。

    這種新材料屬于一類稱為”拓撲絕緣體“的材料，由于其獨特的自旋電子傳輸和磁性，最近由物理和材料研究界以及半導體工業(yè)研究過。拓撲絕緣體通常使用單晶生長工藝制造。另一種常見的制造技術使用稱為分子束外延的工藝，其中晶體以薄膜生長。這兩種技術都不能輕易擴展用于半導體工業(yè)。

    在這項研究中，研究人員開始研究硒化鉍（Bi2Se3），一種鉍和硒的化合物。然后他們使用稱為”濺射“的薄膜沉積技術，該技術由于碰撞而由目標材料中的離子和原子之間的動量交換驅動。雖然濺射技術在半導體工業(yè)中很常見，但這是第一次用于制造拓撲絕緣體材料，該材料可以按比例擴展用于半導體和磁性工業(yè)應用。

    然而，濺射技術起作用的事實并不是實驗中最令人驚訝的部分。濺射的拓撲絕緣體層中小于6納米的納米尺寸晶粒為材料創(chuàng)造了新的物理性質，改變了材料中電子的行為。在對新材料進行測試后，研究人員發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有材料相比，計算處理和內存的效率提高了18倍。

    ”隨著晶粒尺寸的減小，我們經(jīng)歷了我們所謂的‘量子限制’，其中材料中的電子起著不同的作用，使我們能夠更好地控制電子行為，“

    研究人員使用明尼蘇達大學獨特的高分辨率透射電子顯微鏡（TEM）研究了這種材料，這是一種顯微技術，其中一束電子通過樣品傳輸形成圖像。

    ”利用我們先進的像差校正掃描透射電鏡，我們設法識別出這些納米尺寸的顆粒及其在薄膜中的界面，“

    研究人員表示，這只是一個開始，這一發(fā)現(xiàn)可以為半導體行業(yè)以及相關行業(yè)的更多進步打開大門，例如磁隨機存取存儲器（MRAM）技術。

    ”隨著這些材料的新物理學可能會出現(xiàn)許多新的應用，“這項前沿研究可能會產(chǎn)生重大影響。

    ”使用濺射工藝制造像鉍 - 硒化物基拓撲絕緣體這樣的量子材料是違反該領域所有研究人員的直覺本能，實際上并沒有任何現(xiàn)有理論支持，“王說。 ”四年前，在半導體研究公司和國防高級研究計劃局的大力支持下，我們開始尋找一條實用的途徑來尋找一種實用的途徑，以便為未來的計算和存儲設備發(fā)展和應用拓撲絕緣體材料。實驗發(fā)現(xiàn)導致了拓撲絕緣體材料的新理論。

    高性能計算機是一個國家經(jīng)濟和科技實力的綜合體現(xiàn)，也是促進經(jīng)濟、科技發(fā)展，社會進步和國防安全的重要工具，已成為世界各國競相爭奪的戰(zhàn)略制高點。一些發(fā)達國家紛紛制定戰(zhàn)略計劃，提出很高目標，投入大量資金，加速研究開發(fā)步伐。多年來，隨著大規(guī)模集成電路技術的不斷進步，以及CPU為基礎的高性能并行計算機得到了迅速的發(fā)展，其高端系統(tǒng)正向百萬億次、千萬億次邁進。我國近十年來，對高性能并行計算的研究開發(fā)也給予了很大重視，取得了長足進步和可貴經(jīng)驗，研制出了具有相當水平的并行機系統(tǒng)，但與發(fā)達國家相比，差距仍然甚大，在高性能并行計算的應用開發(fā)與相關的人才培養(yǎng)教育方面尤現(xiàn)不足。如何使高性能并行機系統(tǒng)深入充分地在國民經(jīng)濟、科研和社會應用的發(fā)展中發(fā)揮作用，實為當務之急，引起人們的普遍關心。

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責任編輯：殷鵬飛

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