Vaihtoehto kuparisille nanosirujohteille

Teknologian kehittyessä ja transistoreiden kasaantuessa komponenttien on kutistuttava nanomittakaavaan. Ja silloin kupari alkaa pettää.

Cornellin tutkijat ovat kehittäneet kuparijohteiden mahdollisen korvaajan: niobium-arsenidista valmistetut yksikiteiset nanolangat. Tämä topologinen puolimetalli muuttuu paradoksaalisesti paremmaksi johtimeksi, mitä ohuemmaksi se muuttuu ja siten parantaa elektronisten rakenteiden suorituskykyä.

Viimeisen seitsemän vuoden aikana Judy Cha ja hänen laboratorionsa ovat tutkineet topologisten puolimetallien potentiaalia, jotka houkuttelevat materiaalitieteilijöitä ja sähköinsinöörejä, koska materiaalin pinnalla virtaa ylimääräisiä elektroneja tavallisten elektronien lisäksi. Tämä mahdollistaa nanomittakaavan materiaalinäytteiden erilaisten eksoottisten ominaisuuksien ilmentämisen pinnoillaan ja reunoillaan.

”Materiaalin pinnalla virtaavat elektronit kulkevat todella nopeasti, eivätkä ne siroa yhtä helposti kuin materiaalin sisäiset elektronit. Tästä syystä kupari kärsii, koska vain kuparin sisällä kulkee elektroneja”, toteaa Cha. ”Kun niitä pienennetään, nämä kuparilangan sisällä olevat elektronit alkavat nähdä pintoja ja siten siroavat jatkuvasti eri suuntiin. Siksi siitä tulee sähköisesti erittäin resistiivinen.”

Niobium-arsenidi ei ole vain parempi johdin kuin kupari nanomittakaavassa, vaan se on myös yllättävän kestävä ja pysyy sellaisena huoneenlämmössä. Tämä on tärkeää, koska kvanttimateriaalit ovat usein melko hauraita ja alttiita hapettumiselle.

Viime kädessä niobiumarsenidi ei ehkä ole käytännöllinen kuparin korvike – arsenidi on loppujen lopuksi myrkyllistä – mutta se on hyödyllinen todiste konseptista, Cha sanoi osoittaen, että "topologiset puolimetallit eivät ole vain lelumalleja, joita fyysikot haluavat tutkia, vaan ne voivat olla realistisia ja vakuuttavia järjestelmiä".

Aiheesta aiemmin:

Ballistinen kuljetus osoitettu ohuissa kuparikalvoissa

Kontakteja 2D-transistoreille