2026年6月18日——电场控制着现代电子芯片中电荷的流动，为计算机、智能手机及其他设备提供动力。但随着芯片不断缩小，这种方法正接近其物理极限。

如今，由加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院的科学家领导的一个团队证明，一个微小的电信号可以触发一种响应，其强度比传统电子材料中通常观察到的大100倍以上，这可能为制造更小、更节能的设备开辟道路。

这项研究发表在《自然·电子学》上，揭示了一种利用被称为“电荷密度波”的类似量子的集体物质态来控制电力的新方法。在这种状态下，电子并非独立运动，而是以同步模式集体移动。

研究人员使用一种天然存在电荷密度波的材料——三硫化铌晶体，构建了仅有几纳米厚的原型器件。通过将先进的纳米制造技术与射频测量相结合，他们直接观察了电子的集体运动，并测量了这种电子态对施加电场的响应强度。

“我们的研究揭示了一种意想不到的放大效应，这种效应在电子集体行动而非单独行动时出现，”该研究的共同通讯作者、加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院的Fang Lu工程学教授、材料科学与工程杰出教授Alexander Balandin说，“这提示了未来设备中控制电力的新策略。”

当电子在材料内部组织成重复模式时，就会产生电荷密度波，形成一种与普通电导行为不同的集体电子态。虽然此前的研究表明电场可以影响这些状态，但加州大学洛杉矶分校领导的团队首次直接测量了电场如何在电荷密度波状态下改变集体电荷的密度。研究人员还能够将单个电子的行为与集体电子态分离开来，这在以前是很难实现的。

尽管这项研究仍处于概念验证阶段，但器件的架构与现代硅芯片中已使用的结构类似，这提高了该方法被整合到当前及未来几代半导体器件中的可能性。

“这些相似性表明，新发现的效应可能不需要全新的技术平台，”该研究的第一作者、在Balandin实验室工作的博士后研究员Maedeh Taheri说，“它有可能被改造为半导体行业中已标准的器件架构。”

其他作者包括加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院的博士生、Balandin研究小组成员Jordan Teeter，以及共同通讯作者、加州大学河滨分校的电气与计算机工程教授Roger Lake。其他作者还包括加州大学河滨分校的Topojit Debnath，以及佐治亚大学的Nicholas Sesing和Tina Salguero。Balandin是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员，并担任今年5月启动的萨缪利工程学院半导体中心的研究方向负责人。