شفقنا – در حالی که محدودیت‌های سیم‌های مسی در مقیاس نانو، پیشرفت تراشه‌های الکترونیکی را کند کرده است، محققان دانشگاه استنفورد با کشف ماده‌ای ابرنازک به نام نیوبیم فسفید، راهکاری نویدبخش ارائه داده‌اند. این ماده در ضخامت‌های اتمی، رسانایی الکتریکی بهتری نسبت به مس از خود نشان می‌دهد و می‌تواند به ساخت الکترونیک سریع‌تر و بهینه‌تر از نظر انرژی در آینده کمک کند.
به گزارش سرویس ترجمه شفقنا، با کوچک‌تر شدن مداوم قطعات الکترونیکی، یکی از بزرگترین چالش‌ها، حفظ کارایی سیم‌های فلزی میکروسکوپی است که اجزای مختلف تراشه را به هم متصل می‌کنند. مس، فلز استاندارد برای این اتصالات، در ضخامت‌های بسیار کم (زیر ۵ نانومتر) کارایی خود را از دست می‌دهد و انرژی زیادی را به صورت گرما تلف می‌کند. اکنون، تیمی از محققان دانشگاه استنفورد ماده‌ای جدید و ابرنازک کشف کرده‌اند که نه تنها این مشکل را حل می‌کند، بلکه در این مقیاس‌های کوچک، عملکردی بهتر از مس دارد.
این ماده، نیوبیم فسفید (NbP)، در مطالعه‌ای که نتایج آن در مجله معتبر Science منتشر شده، معرفی گردیده است. محققان نشان دادند که فیلم‌های بسیار نازک NbP (با ضخامتی حدود ۱۰۰۰۰ بار کمتر از تار موی انسان) رسانایی الکتریکی بالاتری نسبت به سیم‌های مسی با ضخامت مشابه دارند.
جادوی شبه‌فلزات توپولوژیکی
دلیل این عملکرد برتر در ویژگی‌های منحصربه‌فرد نیوبیم فسفید به عنوان یک «شبه‌فلز توپولوژیکی» نهفته است. در این دسته از مواد، سطح ماده رسانایی الکتریکی بسیار بهتری نسبت به حجم داخلی آن دارد. بنابراین، برخلاف مس که با نازک شدن کارایی‌اش کاهش می‌یابد، در NbP با کاهش ضخامت، نسبت سطح به حجم افزایش یافته و رسانایی کلی بهبود پیدا می‌کند.
دکتر اسیر اینتصار خان، نویسنده اصلی مقاله، توضیح می‌دهد: رسانای جدید ما سیگنال‌های الکتریکی سریع‌تر و کارآمدتری را از طریق سیم‌های فوق نازک عبور می‌دهد. این می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجه انرژی، به‌ویژه در کاربردهای مقیاس بزرگ مانند مراکز داده شود.
کاربردی بودن در دنیای واقعی
یکی از جنبه‌های کلیدی و هیجان‌انگیز این کشف، امکان ساخت این فیلم‌های NbP با کیفیت بالا در دمای نسبتاً پایین (حدود ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد) و حتی به صورت غیربلوری (آمورف) است. بسیاری از مواد با رسانایی بالا نیازمند رشد در ساختارهای تک‌بلوری کامل و در دماهای بسیار بالا هستند که این فرآیندها با روش‌های ساخت تراشه‌های مدرن سازگاری ندارند و می‌توانند به سایر اجزای حساس تراشه آسیب بزنند.
پروفسور یوری سوزوکی، از محققان این طرح، می‌گوید: اینکه نیازی به بلورهای کامل نیست و حتی ساختارهای کمی نامرتب هم خوب کار می‌کنند، در را برای استفاده واقعی از این ماده باز می‌کند.
آینده سیم‌کشی تراشه‌ها
محققان پیش‌بینی می‌کنند که در آینده، مس همچنان در اتصالات ضخیم‌تر تراشه‌ها کاربرد خواهد داشت، اما در بخش‌های بسیار نازک و حیاتی که محدودیت‌های مس نمایان می‌شود، می‌توان از نیوبیم فسفید یا مواد مشابه استفاده کرد. تیم استنفورد در حال حاضر مشغول بررسی سایر شبه‌فلزات توپولوژیکی برای یافتن گزینه‌هایی با عملکرد حتی بهتر هستند.
پروفسور اریک پاپ، سرپرست این پژوهش، نتیجه‌گیری می‌کند: این ماده جدید پتانسیل حل مشکلات مربوط به توان و مصرف انرژی را در نسل فعلی و آینده قطعات الکترونیکی دارد.
این خبر را اینجا ببینید.