电子产品中电流往复带来的热量是计算机小型化的一个重要障碍， 多余的热量会导致效率的削弱或丧失。

目前，美国能源部(DOE) SLAC国家加速器实验室的X-射线研究已经首次观察到一个外来属性，即可以通过翘曲材料电子结构的方式，减少热量积聚并提高更小的计算机元件的性能。

这项研究的一部分是在SLAC的斯坦福同步辐射光源进行的（SSRL），是能源部科学用户设施的一个办公室，该研究发表在自然材料上。

能量弯曲性能

该小组研究了一种铱氧化物，Sr3Ir2O7，属于一类所谓的相关材料，其电子具有同步行为。它可以减少现代计算机内核的十亿个晶体管所产生的热量。

研究人员发现，该材料具有一个已经为人们知道的性能，但之前仅在2维材料中发现过，称为三维负电子的可压缩性，这是由于其不寻常的电子结构造成的。

材料的电子结构通常是刚性的，具有不同能级或“带”，注入电子时会被填充。这些能级水平是由该材料的原子结构和化学组成来确定的。在这项研究中，随着越来越多的电子注入，可观察到这些能量水平以流体的方式发生剧烈变形，而材料的物理结构没有任何显著变化。

“想象一下，将水倒入杯子，看着杯中的水位随着杯子的变形出现下跌，”一个负责这项研究的波士顿大学研究员Junfeng He说， “这就像是3-D负电子的可压缩性现象。”但在这种情况下，材料的电子结构决定了它会如何存储或释放电流，而不是其随电子注入而发生扭曲的物理结构。

在东北大学物理系Arun Bansil教授理论计算的指导下，研究人员发现，当加入电子时，样品材料中不同组能带间的间隙实际上为缩小的，降低了材料的储能水平，就像例子中杯中水位的下降。

不久将加入斯坦福线性加速器中心作博士后研究员的他说，原则上，在调节晶体管电流的微观门中使用具有这种性质的金属电极可以大大提高工作效率，减少热量积聚。

构建一个更好的晶体管

波士顿学院物理系助理教授，该研究的发言人Rui-Hua He说，“用这种具有负电子压缩性材料替换晶体管中原来的金属是目前方法的一个有趣的替代做法，目标是继续推进器件的微型化。”他补充说，“我们正在对他们在晶体管中的潜在应用进行首次尝试。

科学家利用了SSRL的一项先进X-射线技术来准确的测量材料的电子结构，该设备是由SLAC工作人员Donghui Lu和Makoto Hashimoto建立和维护。他们发现的负电子可压缩性在减小半导体周围移动电流所需的功率要求方面具有潜力，这将减少其产生的热量，使电气开关更加高效。

以前的研究发现，在其他材料中也具有2-D的负电子可压缩性，但研究人员说，3-D形式在半导体中的应用中具有更大的潜力，因为它与他们现在的体系结构更加兼容，可以在室温下使用，可以通过调整其厚度满足不同的应用。

“这项工作让我们认识到，为晶体管和其他应用，不断寻找其他新材料与新的物理的重要性，”加利福尼亚州圣巴巴拉分校，材料系助理教授，样品材料的制备者，Stephen Wilson说。

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶    校正：摩天轮