推進量子電腦領域的新材料 Q 矽，室溫下具鐵磁性

一個多世紀以來，矽在電子領域一直占據主導地位，而最近一種名為「Q 矽」的新材料，可能為量子電腦與自旋電子學領域發揮重要推進作用。

在過渡金屬、稀土元素以外的材料找到鐵磁性，能讓全世界科學家興奮不已，因為自旋極化電子可用於以原子解析度處理儲存訊息，這些發現能推動量子運算領域進步，包括創造出控制電子自旋的量子電腦。

電子的自旋加上軌道角動量會產生一個偶極磁矩與形成一個磁場，但大多數物質內所有電子的總偶極磁矩為零，只有電子層不滿的原子（電子不成對）可能在沒外部磁場的情況下，因自旋產生一個淨磁矩。

然而在半導體產業發光發熱的矽材料，其內部懸掛鍵通常會消除不成對電子，所以科學家也沒認真考慮過它們的鐵磁性。

不過最近，北卡羅來納州立大學團隊經雷射熔化與淬火工程製造出稱為 Q 矽（Q-silicon）的新材料，擁有普通矽缺乏的新特性，最重要是在室溫下具有鐵磁性，以及更強的硬度與超導性，為基於自旋的元件、奈米電子學功能集成開闢新道路。

此類獨特材料通過電子自旋而不是電荷來傳輸與儲存數據，有可能使設備變更小、運算速度更快且更節能，也可能成為量子電腦絕佳材料，不僅可儲存 1 和 0 訊息，還可同時儲存兩者的疊加訊息，有望徹底改變現代微電子學。

新論文發表在《材料研究通訊》（Material Research Letters）期刊。

• Meet Q-silicon, a new magnetic material for spintronic quantum computers
• Quantum Computing Could Get Boost From Discovery of Q-Silicon

（首圖來源：北卡羅來納州立大學）