Stanford Universitiy
Raziskovalci so ustvarili material, ki bi lahko povečal učinkovitost in moč nanoelektronike ter rešil dolgotrajna ozka grla pri rabi energije.
Raziskovalci so s pomočjo številnih nepovratnih sredstev in raziskovalne infrastrukture, ki jih je zagotovila Nacionalna znanstvena fundacija ZDA, dokazali, da lahko novo razviti material, niobijev fosfid, v le nekaj atomov debelih filmih bolje prevaja elektriko kot baker. Te filme je mogoče ustvariti in nanesti pri dovolj nizkih temperaturah, da so združljivi s sodobno proizvodnjo računalniških čipov, kar lahko pripomore k zmogljivejši in energetsko učinkovitejši elektroniki prihodnosti.
Doslej so imeli najboljši kandidati za prevodnike, ki bi lahko v nanoelektroniki presegli baker, le natančne kristalne strukture, kar pomeni, da so za njihovo oblikovanje potrebne zelo visoke temperature. Ti novi filmi iz niobijevega fosfida so prvi primeri nekristaliničnih materialov, ki s tanjšanjem postajajo boljši prevodniki. Raziskavo je vodila Univerza Stanford, rezultati pa so bili objavljeni v reviji Science [1].
„S tem odpravljamo temeljno ozko grlo tradicionalnih materialov, kot je baker,“ pravi Asir Intisar Khan, podoktorski raziskovalec na Univerzi Stanford in avtor raziskovalnega članka. „Naši niobijevi fosfidni prevodniki dokazujejo, da je mogoče po ultratankih žicah pošiljati hitrejše in učinkovitejše signale. To bi lahko izboljšalo energetsko učinkovitost pri uporabi številnih čipov, na primer v velikih podatkovnih centrih, ki danes hranijo in obdelujejo informacije, pa se tudi majhne koristi povečajo.“
Niobijev fosfid raziskovalci imenujejo topološka polkovina. To pomeni, da lahko material prevaja elektriko, vendar so njegove zunanje površine bolj prevodne kot notranja snov. Čim tanjši je film iz niobijevega fosfida, tem manjši je njegov notranji material – vendar njegove površine ostanejo enake. Zaradi tega njegove bolj prevodne zunanje površine bolj prispevajo k električnim tokovom in so boljši prevodni material.
Za primerjavo, tradicionalne prevodne kovine, kot je baker, slabše prevajajo elektriko, če so tanjše od približno 50 nanometrov.
„Elektronska oprema z zelo visoko gostoto potrebuje zelo tanke kovinske povezave, in če te kovine niso dobro prevodne, izgubljajo veliko moči in energije,“ pravi profesor na Stanfordu Eric Pop, glavni avtor študije. „Boljši materiali bi nam lahko pomagali porabiti manj energije v tankih žicah in več energije za dejanske izračune.“ Niobijevi fosfidni filmi so nova meja za prevodnike v nanoelektroniki. Vendar pa raziskovalci ne pričakujejo, da bodo nenadoma nadomestili baker v vseh računalniških čipih – baker je še vedno boljši prevodnik v debelejših filmih in žicah. Niobijev fosfid bi se kljub temu lahko uporabljal za najtanjše povezave in odpira vrata raziskavam drugih topoloških polprevodnikov, ki bi lahko učinkovitost niobijevega fosfida še izboljšali.
„Menili smo, da če želimo uporabiti te topološke površine, potrebujemo lepe monokristalne filme, ki jih je zelo težko nanesti,“ pravi doktorski študent in soavtor članka Akash Ramdas. „Zdaj imamo še en razred materialov – te topološke polprevodnike – ki bi lahko potencialno služili kot način za zmanjšanje porabe energije v elektroniki.“
Viri:
1: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq7096
Povzeto po:
https://news.stanford.edu/stories/2025/01/a-new-ultrathin-conductor-for-nanoelectronics
