5月1日，美国纽约州立大学布法罗分校的研究团队发现了一种在二维半导体的能谷之间分裂能级轨道的新方法，有望使摩尔定律得以延续。该研究成果发表在自然纳米技术杂志上。
半导体物理学的目标是设计出更有效和微观的方式来控制和跟踪0和1，这是计算机中实现信息存储和逻辑功能的基础——二进制代码。一个全新的物理学领域——能谷电子正在不断取得进步以用于二进制应用。简单地说，“谷”是结晶态物体中电子能量的最大值和最小值，通过控制不同能谷中电子，即利用电子的“谷 自由度”进行数据存储和逻辑应用，有望产生全新的超高效计算机芯片。
本项研究由布法罗分校物理学院曾钰教授领导，其关键是使用铁磁化合物将能谷分开并保持不同的能级水平。与通过施加外部磁场获得的能级分裂相比，这方法使能谷分裂后的能量差是前种方法的10倍。
这些原子薄厚度的半导体材料（二维半导体材料）通常有两个能谷，并具有完全相同的能量，在量子力学中被称为“退化能级”。这限制了人们控制各个能谷的能力。通常实现能谷分裂的途径是从外部施加超强磁场。然而，利用这种方法，只有在国家高磁场实验室中施加超高磁场，才能使分裂出的能级具有较大的能级差。
研究细节
研究人员创建了一个双层异质结构，底部有10nm厚的磁性EuS（硫化铕）薄膜，顶部是过渡金属硫化物二硒化钨（WSe2）的单层薄膜（小于1nm）。底层的磁性EuS薄膜的磁场迫使WSe2中的能谷产生能级分裂。布法罗分校物理系杰出教授阿索斯·彼得鲁通过使材料反射光线，测量反射光的能量来测量分离能谷之间的能量差，并取得了近五到十年来最好的测量结果。
图1 双层异质结构示意图。底部为10纳米厚的磁性硫化铕薄膜，上层为单层（厚度仅为1纳米）过渡金属硫化物二硒化钨（WSe2），底层硫化铕产生的磁场迫使二硒化钨中的谷电子能级劈裂。
该项研究被认为是首次将铁磁材料与二维半导体材料结合，以实现能谷的能级分裂。只要有磁性材料，就能使能谷分裂。这使得能谷电子在非易失性存储器应用领域具有重大应用价值，有利于未来能谷电子进行信息存储和处理。
二维半导体材料通常并排两个能谷。当一个能谷被电子占据时，开关“打开”。当另一个谷被占用时，开关“关闭”。该项研究表明，能谷可以通过这种方式使器件实现“开启”和“关闭”，从而使用少量的电力。
延续摩尔定律
该实验在7K（-266.15℃）环境中进行的，因此目前该方法距离实际应用还具有较长的过程，但这证明了该方法是可行的。
人们对此感到非常兴奋的原因是，摩尔定律已经达到了极限，即将结束。它已经不再适用。而且，目前电脑芯片依赖于电荷的移动，并且随着计算机的功能越来越强大，这些芯片在运行中产生了大量的热量。该项研究工作推动了能谷电子在解决芯片瓶颈技术领域的发展。
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