國立臺灣師範大學物理系與美國加州理工學院（Caltech）合作的最新研究，成功突破了量子記憶體技術的關鍵瓶頸。研究顯示，在極低溫下，磁場誘發單層二硫化鉬（MoS₂）電晶體中產生的極性有序現象。這一突破將為二維材料與電子科技發展帶來革命性改變。

推動國際合作與量子科技創新 

臺師大物理系教授陸亭樺、藍彥文、博士後研究員張文豪與臺師大玉山學者、Caltech教授葉乃裳、博士生郝篤行的攜手合作下，這項研究成果已於2024年12月底正式發表於國際知名學術期刊《Advanced Materials》（先進材料），受到國際學術界的高度關注，也為全球量子科技及半導體產業提供了嶄新發展方向。 

這項研究的突破不僅展示臺師大在量子科技領域的創新能力，還突顯了國際科研合作，該研究由臺灣國科會與美國國家科學基金會共同支持，並與加州理工學院密切合作，進一步促進兩校在基礎科學和高科技應用方面的深度聯繫。 

這項研究專注於單層半導體材料，特別是其具備強自旋軌道耦合與缺乏鏡像對稱性的結構，使得電子谷效應成為重要特徵。研究團隊發現，在低溫20K環境下，當施加磁場時，能夠破壞單層二硫化鉬（MoS₂）的能谷簡併，並引發晶格在實空間中的位移，進而產生明顯的電極化現象。 

研究團隊透過設計特殊的場效電晶體結構，並在超低溫和高磁場環境下，發現了巨大的電滯現象，表現出類似鐵電材料的「蝴蝶型滯後」曲線。這項技術突破解決了傳統鐵電材料在縮小至奈米尺度後無法保持電極化的難題，成功實現僅0.65奈米厚的量子記憶材料，具有非揮發性記憶特性，能在極低溫下穩定運作。

研究進一步揭示，磁場誘發的非對稱晶格膨脹，破壞了單層二硫化鉬的鏡像對稱性，導致類鐵電極性有序的產生。這一現象不僅提供了全新方法來操控單層材料的物理特性，也開啟了其在極低溫非揮發性記憶體、超靈敏磁場感測器與奈米電子元件等技術應用上的無限可能性。

潛力應用：量子記憶體與超靈敏感測器 

該材料具有巨大的應用潛力，特別是在量子記憶體領域。由於其在低溫環境下仍能穩定保持電極化，這項技術為量子記憶體和記憶體內計算技術的實現，提供了新的思路和可能性。隨著科技進步，這種新型記憶材料可以進一步縮小尺寸，提升儲存容量和運算速度，為量子計算領域帶來突破。 

此外，這項技術還具有在極端環境下運行的潛力，特別是在超靈敏磁場感測器和奈米電子元件等領域。該材料的獨特特性使其成為未來高精度感測技術的理想候選材料，能夠在極低溫和強磁場的條件下穩定運作，為新一代感測器提供無與倫比的性能。 

陸亭樺表示：「物理系的教授們與葉乃裳教授進行了長期且密切的合作，此次合作成功將師大與加州理工學院的實驗能力結合，不僅驗證了二維材料在低溫與磁場下的新物理現象，更展示了臺灣在基礎科學與國際合作中的重要地位。」 

藍彥文也指出：「與美國加州理工的緊密合作，為研究的推進提供了極大幫助。我們希望這項技術能成為未來量子與半導體科技發展的重要基石，並帶來實際應用的突破。」 

研究團隊指出，此現象也可能適用於其他單層過渡金屬二硫化物，透過基板的應力工程設計，實現類似的極性效應。該成果展現了創新材料科學與先進奈米技術的結合，未來有望對電子與光電產業產生深遠影響。

(採訪撰文 | 由本校公共事務中心提供)。

原文出處：
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