量子晶片研發邁大步 台大邱雅萍團隊重要突破登國際頂尖期刊
台大研究團隊取得重要突破，扭轉雙層二硫化鉬與鉍金屬薄膜分別提供平行膜面（parallel）與垂直膜面（perpendicular）的電子侷限效應，並共同調控電子空間排列行為。（記者林曉雲翻攝）
〔記者林曉雲／台北報導〕當人工智慧（AI）、高效能運算與量子科技快速發展，全球半導體產業也面臨新挑戰。晶片愈做愈小，傳統透過外加電壓控制電子流動的方式逐漸接近物理極限。如何在更省電、甚至不耗電的情況下操控電子，成為下一世代晶片與量子元件發展的重要課題。國立台灣大學研究團隊近期在量子材料領域取得重要突破，成功利用特殊奈米材料結構，在無需外加電壓的條件下精準控制電子排列，登上國際頂尖期刊「自然通訊（Nature Communications）」，為未來量子運算與超低功耗晶片發展提供新方向。
這項研究由台大物理系特聘教授邱雅萍團隊主導，並與中研院原子與分子科學研究所所長魏金明、台大重點科技研究學院教授周至品團隊，以及台積電研發團隊合作完成，展現台灣產學研跨領域合作的研發實力。
研究團隊利用半金屬鉍（Bismuth）奈米薄膜與二維半導體二硫化鉬（MoS₂）組成特殊異質結構，並透過原子級掃描穿隧顯微術直接觀察電子行為。簡單來說，研究人員將兩層極薄的二維材料以微小角度堆疊，形成特殊的「莫爾位能（Moiré potential）」，如同在材料內建立一個看不見的量子格子，讓電子只能停留在特定位置。
研究最大的特色，在於同時從水平與垂直兩個方向控制電子。水平方向利用莫爾位能限制電子活動範圍；垂直方向則透過調整鉍奈米薄膜厚度產生量子侷限效應，改變電子的有效質量。兩種機制共同作用，成功實現電子在空間中的「雙向量子調控」。亦即研究團隊只需改變奈米薄膜厚度，就能像調整積木排列方式一樣，改變電子在材料中的排列型態。
研究團隊表示，這項研究最重要的突破，在於不需要外加電壓即可誘發電子空間侷限效應。過去電子調控大多必須耗費能量，如今透過材料本身特性就能完成控制，未來有助於降低元件耗電量，並提升量子元件設計彈性。
研究團隊也指出，這項成果對發展「電荷量子位元」與超低功耗電子元件具重要意義。該研究獲國科會A世代前瞻半導體專案計畫、台積電台大聯合研發中心、台積電前瞻研究計畫、台大與中研院創新合作計畫，以及教育部高教深耕計畫與台大新穎材料原子級科學研究中心（AI-MAT）支持。