UCR团队为各种电气和光学创新创造量子复合材料
UCR 电气工程师和材料科学家团队展示了一项研究突破，可能会导致电气、光学和计算机技术的广泛进步。
由杰出教授 Alexander Balandin 领导的马兰和罗斯玛丽伯恩斯工程学院研究小组在实验室展示了新材料的独特实用功能，他们将其称为量子复合材料。
这些复合材料由被称为“电荷密度波量子材料”的小晶体组成，并结合在聚合物(具有重复结构的大分子)基质中。在加热或曝光时，电荷密度波材料会发生相变，导致复合材料出现异常的电响应。
与揭示量子现象的其他材料相比，Balandin 小组创造的量子复合材料在更广泛的温度范围内表现出功能，并且储存电能的能力大大提高，使其具有极好的实用潜力。
加州大学河滨分校的研究人员在Advanced Materials杂志上发表的题为“带电荷密度波填料的量子复合材料”的论文中描述了这些独特的特性。该论文的主要作者是 UCR 电气与计算机工程系的研究生 Zahra Barani 和 Tekwam Geremew，他们合成并测试了复合材料。UCR 的另一位研究生 Maedeh Taheri 是一位共同作者，他帮助进行了电气测量。Balandin 和助理兼职教授兼项目科学家 Fariborz Kargar 是通讯作者。\
术语量子指的是电子表现得更像波而不是粒子的材料和设备。电子的波动性可以赋予材料不同寻常的特性，这些特性可用于新一代计算机、电子和光学技术。
寻求揭示量子现象的材料来构建量子计算机，这些计算机超越了现在基于使用二进制位进行计算的芯片的大多数计算的局限性。这种材料也被用于各种电子和光学应用的超灵敏传感器。
但巴兰丁说，具有量子现象的材料有很大的缺点。
“这些材料的问题在于量子现象很脆弱，通常只能在极低的温度下才能观察到，”他说。“缺陷和杂质破坏了电子波函数。”
值得注意的是，Balandin 实验室创建的量子复合材料中的电荷密度波材料在室温以上高达 50º C 时表现出功能。这个转变温度接近计算机和其他电子产品的运行温度，它们在运行时会升温。这种耐温性为量子复合材料在电子和储能领域的广泛应用提供了可能性。
研究人员还发现，量子复合材料具有异常高的介电常数——一种表征材料储电能力的指标。电绝缘复合材料的介电常数增加了两个数量级以上，这允许用于储能的更小和更强大的电容器。
“在电池供电的应用中可以找到储能电容器，”Balandin 说。“电容器可用于提供峰值功率并在意外关闭期间为计算机内存提供能量。与电池相比，电容器可以更快地充电和放电。为了扩大电容器的储能用途，需要增加单位体积的能量。我们的量子复合材料可能有助于实现这一目标。”
量子复合材料的另一个可能应用是反射涂层。由加热、光照或施加电场引起的介电常数变化可用于改变涂有此类复合材料的玻璃和窗户的光反射。
“我们希望，即使在无序复合材料内部，甚至高于室温，我们在电荷密度波材料中保留量子凝聚相的能力也能成为许多应用的游戏规则改变者。这是一种概念上不同的方法，用于调整我们在日常生活中使用的复合材料的特性，”Balandin 补充道。
UCR 的团队与内布拉斯加大学的 Megan Stokey、Matthew Hilfiker 和 Mathias Schubert 合作进行了一些光学测量，并与佐治亚大学的 Nicholas Sesing 和 Tina Salguero 合作，他们合成了一种用于UCR 的复合制剂。
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