Kaksiulotteista tinaa?

Elektroniikkamiehille tutulle tinalle uumoillaan uutta roolia mikro- ja nanoelektroniikan parissa.

Yksi kerros tina-atomeja voisi olla jopa maailman ensimmäinen materiaali, joka johtaa sähköä sadan prosentin hyötysuhteella lämpötiloissa, joissa mikropiirit toimivat.

Tällaiseen arvioon ovat päätyneet Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) SLAC National Accelerator Laboratoryssa ja Stanfordin yliopistossa toimineet teoreettiset fyysikot.

Tutkijat kutsuvat uutta materiaalihypoteesia grafeenista ja tinan latinalaisesta nimestä (stannum) johdatellen staneeniksi (stanene).

- Staneeni voisi lisätä tulevaisuuden mikrosirujen nopeutta ja pienentää tehonkäyttöä, jos meidän ennuste tukee kokeilta, jotka ovat käynnissä useissa laboratorioissa ympäri maailmaa, toteaa professori Shoucheng Zhang tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Viimeisen vuosikymmenen aikana, Zhang on kollegoineen laskenut ja ennustaneet topologisten eristeiden elektronisia ominaisuuksia. Topologinen eriste johtaa sähköä vain pinnoillaan mutta ei sisäosissaan. Kun topologinen eriste on yhden atomin paksuinen, sen reunat johtavat sähköä sataprosenttisella hyötysuhteella.

Zhangin ryhmä on vuosien mittaan esittänyt useiden erilaisien yhdisteiden olevan topologisia eristeitä ja kokeet ovat näin myös osoittaneen olevan. Kuitenkaan mikään niistä ei ole täydellinen sähköjohde huonelämpötiloissa.

Saavutukset ovat suunnanneet tutkijoiden mielenkiinnon alkuaineiden jaksollisen taulukon oikeaan alakulmaan sillä kaikki aiemmat topologiset eristeet ovat kyseisen kulman raskaissa ja elektronirikkaissa alkuaineissa.

Heidän uusimmat laskelmat osoittivat, että yksi kerros tinaa olisi topologinen eriste reilusti huonelämpötilassa ja, että lisäämällä fluoriatomeja tinaan laajennetaan sen toiminta-aluetta ainakin sataan Celsius-asteeseen.

Tällaiselle nanoluokan täydelliselle johteelle saattaisi löytyä käyttöä vaikkapa kuumina käyvissä mikroprosessoreissa. Osa saavutetusta hyödystä menetetään kuitenkin sitä perinteiseen johteeseen liitettäessä ja muutenkin sen toimintakyky pitäisi jotenkin varmistaa piirin valmistusprosessin korkeissa lämpötiloissa.