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量子記憶體（quantum memory）是量子計算領域的一項關鍵技術，它可以同時儲存多個量子態，保持量子態的高度相干性和不確定性，藉此實現高效率、高密度的訊息儲存方案。儘管量子記憶體在理論上可以大幅提升計算速度和訊息處理能力，然而要在極低溫和特定材料條件下實現穩定的量子記憶體，一直是科學家面臨的重大挑戰。近期一項由臺灣師範大學物理系與美國加州理工學院（California Institute of Technology, Caltech）組合而成的跨國研究團隊，在單層二硫化鉬（MoS₂）材料中發現了一種新穎的物理現象，有助於未來二維材料與電子科技的發展，目前該研究已正式發表於《先進材料》（Advanced Materials）期刊。

這項研究專注於探索單層半導體材料的特殊物理特性。傳統的鐵電材料在縮小至奈米尺度後，將無法保持電極化的特性。而本次研究團隊則透過特殊設計的場效電晶體結構，發現單層二硫化鉬材料在超低溫和高磁場環境下會表現出巨大的電滯現象〔註〕類似於鐵電材料的「蝴蝶型滯後」曲線。此外，該材料的厚度僅有0.65奈米（nm），且具有非揮發性記憶特性，能在極低溫下穩定運作。

〔註〕電滯現象是材料在外部電場下，電極化不會立即同步變化的現象。當電場改變時，材料會呈現出蝴蝶型的遲滯曲線，顯示電極化的延遲和保持特性。

研究團隊的進一步實驗顯示，高磁場誘發的非對稱晶格膨脹，能夠破壞單層二硫化鉬的鏡像對稱性，導致材料產生類鐵電極性的有序現象〔註〕。透過這些新發現，研究團隊能夠操控單層材料的物理特性，也開啟了未來開發出極低溫非揮發性記憶體、超靈敏磁場感測器、奈米電子元件等技術應用上的可能性。由於該材料在低溫環境下仍能穩定保持電極化，有助於實現量子記憶體和記憶體內計算技術。隨著科技進步，這種新型記憶材料還可以進一步縮小尺寸，提升儲存容量和運算速度。

〔註〕通常是指鐵電材料處在某些特殊條件（例如低溫或特定的結構排列）下，能夠表現出特殊的極性有序結構，材料內部結構排列相當規則、整齊，且彼此之間有一定的規律性。

這種技術還可能適用於其他單層過渡金屬二硫化物。透過支持或承載其他材料、元件、結構的底層基板應力設計，類似的極性效應有望被複製、應用於更多材料中，這為電子和光電產業帶來無限可能性。研究團隊成員之一的臺師大物理系教授陸亭樺認為，這次合作不僅驗證二維材料在低溫與磁場下的新物理現象，更展示臺灣在基礎科學研究中的重要地位。未來，也期望這項技術能成為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。

新聞來源
臺師大物理系（2025年1月15日）。臺師大物理系與美國加州理工學院攜手 突破量子記憶體應用新技術。師大新聞。https://pr.ntnu.edu.tw/ntnunews/index.php?mode=data&id=23189。