迄今为止最纯的GaAs半导体

普林斯顿大学的研究人员在《自然材料》杂志上报道，他们已经开发出了迄今为止世界上最纯的砷化镓。砷化镓样品的纯度每100亿个原子只含有一种杂质，甚至超过了世界上用来验证一千克标准的最纯硅样品。

砷化镓是一种半导体，主要用于为手机和卫星供电。新获得的GaAs样品是正方形的，边长等于橡皮擦的宽度，可以用来深入探索电子的本质。

为了进一步研究超纯样品，研究人员将其冷冻到低于空间温度的温度，然后将其包裹在强磁场中并施加电压，使电子穿过夹在材料晶体层之间的二维平面。当他们降低磁场时，他们发现了一系列令人惊讶的效果。

当电子排列在一种叫做维格纳晶体的晶格结构中时，研究人员有了一个意想不到的发现。科学家此前认为，为了让维格纳晶体出现，需要一个——伏、约14特斯拉的极强磁场。该研究论文的作者之一凯文维勒加斯罗萨莱斯(Kevin Villegas Rosales)表示：“最新的研究表明，电子可以在低于1特斯拉的条件下结晶，但需要超高质量的样品才能看到这种现象。”

此外，研究团队还观察到，系统电阻中的“振荡”增加了约80%，分数量子霍尔效应的“激活间隙”变大。分数霍尔效应是凝聚态物理和量子计算中的一个关键课题，也是凝聚态物理研究中最重要的成果之一，有望催生许多新的应用。为了解释这种效应，我们需要使用量子物理学中一些最微妙的概念。量子霍尔效应最早是由美国普林斯顿大学的崔琦发现的，他因这一发现获得了诺贝尔物理学奖。

研究人员说，他们的结果表明，许多促进当今最先进物理学的现象可以在比以前认为的弱得多的磁场中观察到。弱磁场可以使更多的实验室研究隐藏在这个二维系统中的神秘物理问题，为进一步探索量子现象铺平道路。

高纯度可以改变很多事情。在工业生产和科学研究中，材料的纯度对微电子和光电子的性能有很大的影响。因此，许多现代高科技行业不仅需要高纯度的材料，还需要超纯的材料，从而将杂质限制在近乎苛刻的范围内。研究人员这次制备了迄今为止纯度最高的砷化镓，这是一种重要的半导体材料。他们意外地发现，电子可以在比预期更低的磁场中结晶。在不太极端的环境中可以观察到一些奇妙而先进的物理现象，这也有助于相关基础研究的推进。