科学家们发现，一种“超原子”材料是迄今为止速度最快、效率最高的半导体。利用龟兔赛跑的机制，这种新材料可以比硅更快地传输能量。

半导体是电子设备的心脏，而硅是至高无上的。这些材料构成了晶体管和集成电路的基础，它们本身为智能手机、超级计算机以及两者之间的一切奠定了基础。

现在，哥伦比亚大学的科学家们发现了一种新的半导体材料，它的性能似乎比其他所有材料都要好。这种材料被称为“Re6Se8Cl2”，由铼、硒和氯的混合物组成，这些原子聚集在一起，表现得像一个大原子 —— 一个“超原子”。这就是它获得速度的地方。

在任何物质中，原子结构都会发出微小的振动，这些振动以称为“声子”的量子粒子的形式传播，声子可以散射电子或激子等携带能量的粒子。这种能量很快就会以热量的形式散失，在设计电子芯片和系统时，如何管理它一直是一个障碍。

但是 Re6Se8Cl2 有一个巧妙的小技巧。它的激子在被声子撞击时不会散射，而是与声子结合，形成另一种形式的准粒子，称为“声激子-极化子”。它们仍然可以携带能量，但比普通激子传播得慢得多 —— 与直觉相反，这最终导致比硅中的速度更快。

研究小组将其比作龟兔赛跑的古老故事。电子可以在硅中快速移动，但它们往往会到处反弹，这不是最有效的移动路径。另一方面，Re6Se8Cl2 中的极化子速度较慢，但不受其他声子的影响，因此它们随着时间的推移移动得更远、更稳定。

实际上，研究小组发现 Re6Se8Cl2 中的极化子的移动速度大约是硅中的电子的两倍。考虑到它们可以用光而不是电来控制，研究小组估计，用这种材料制造的理论上的电子设备，最终可能比现有的设备快6个数量级。

该研究的作者米兰·德洛尔（Milan Delor）说：“就能量传输而言，至少到目前为止，Re6Se8Cl2是我们所知道的最好的半导体，”

不幸的是，不要指望很快在你的电脑上使用这种材料制成的超快处理器。研究小组说，这种特殊的混合物不太可能进入市场。铼对于消费品来说太稀有和昂贵了。但在证明了这一概念之后，研究人员相信类似的、希望更便宜的材料可能会表现出同样的行为。

米兰·德洛尔说：“我们现在可以开始预测，哪些其他材料可能具有我们以前没有考虑过的这种行为。有一整个家族的超原子和其他二维半导体材料，具有有利于声极化子形成的特性。”

这项研究发表在《科学》杂志上。

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