2025年1月14日，国立台湾师范大学物理系与美国加州理工学院（Caltech）合作的最新研究，成功突破了量子内存技术的关键瓶颈。研究显示，在极低温下，磁场诱发单层二硫化钼（MoS₂）晶体管中产生的极性有序现象。这一突破将为二维材料与电子科技发展带来革命性改变。
台师大物理系教授陆亭桦、蓝彦文、博士后研究员张文豪与台师大玉山学者、Caltech教授叶乃裳、博士生郝笃行的携手合作下，这项研究成果已于2024年12月底正式发表于国际知名学术期刊《Advanced Materials》（先进材料），受到国际学术界的高度关注，也为全球量子科技及半导体产业提供了崭新发展方向。
这项研究专注于单层半导体材料，特别是其具备强自旋轨道耦合与缺乏镜像对称性的结构，使得电子谷效应成为重要特征。研究团队发现，在低温20K环境下，当施加磁场时，能够破坏单层二硫化钼（MoS₂）的能谷简并，并引发晶格在实空间中的位移，进而产生明显的电极化现象。
研究团队透过设计特殊的场效晶体管结构，并在超低温和高磁场环境下，发现了巨大的电滞现象，表现出类似铁电材料的「蝴蝶型滞后」曲线。这项技术突破解决了传统铁电材料在缩小至奈米尺度后无法保持电极化的难题，成功实现仅0.65奈米厚的量子记忆材料，具有非挥发性记忆特性，能在极低温下稳定运作。
研究进一步揭示，磁场诱发的非对称晶格膨胀，破坏了单层二硫化钼的镜像对称性，导致类铁电极性有序的产生。这一现象不仅提供了全新方法来操控单层材料的物理特性，也开启了其在极低温非挥发性内存、超灵敏磁场传感器与奈米电子组件等技术应用上的无限可能性。
该材料具有巨大的应用潜力，特别是在量子内存领域。由于其在低温环境下仍能稳定保持电极化，这项技术为量子内存和内存内计算技术的实现，提供了新的思路和可能性。随着科技进步，这种新型记忆材料可以进一步缩小尺寸，提升储存容量和指令周期，为量子计算领域带来突破。
此外，这项技术还具有在极端环境下运行的潜力，特别是在超灵敏磁场传感器和奈米电子组件等领域。该材料的独特特性使其成为未来高精度感测技术的理想候选材料，能够在极低温和强磁场的条件下稳定运作，为新一代传感器提供无与伦比的性能。研究团队指出，此现象也可能适用于其他单层过渡金属二硫化物，透过基板的应力工程设计，实现类似的极性效应。该成果展现了创新材料科学与先进奈米技术的结合，未来有望对电子与光电产业产生深远影响。
原文出处：D. Hao, W.-H. Chang, Y.-C. Chang, W.-T. Liu, S.-Z. Ho, C.-H. Lu, T. H. Yang, N. Kawakami, Y.-C. Chen, M.-H. Liu, C.-L. Lin, T.-H. Lu, Y.-W. Lan, N.-C. Yeh, Magnetic Field-Induced Polar Order in Monolayer Molybdenum Disulfide Transistors. Adv. Mater. 2024, 36, 2411393. https://doi.org/10.1002/adma.202411393
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