یک ماده کوانتومی که جایگزین خوبی برای مس است!

محققان در ایالات متحده نانوسیم‌هایی از «نیوبیوم آرسنید» (niobium arsenide)، یک ماده کوانتومی که می‌تواند جایگزین مس شود، توسعه داده‌اند که با نازک‌تر شدن، رسانای الکتریکی بهتری می‌شود.

به گزارش مجله خبری نگار/بهار،اتصالات الکتریکی، سیم‌ها و رابط‌های کوچکی هستند که سیستم‌های الکترونیکی و ترانزیستور‌ها را به هم متصل می‌کنند و به آنها امکان برقراری ارتباط می‌دهند. آنها برای عملکرد تراشه‌های مدرن حیاتی هستند و معمولاً به دلیل رسانایی بالای مس از مس ساخته می‌شوند.

با این حال، مس با کوچک شدن تراشه‌ها در مقیاس نانو، عملکرد خود را از دست می‌دهد. این امر مقاومت الکتریکی را افزایش می‌دهد و کوچک‌سازی بیشتر را محدود می‌کند.

محققان دانشگاه کرنل (Cornell) برای حل این مشکل، نانوسیم‌های تک کریستالی از جنس «نیوبیوم آرسنید» را که یک ماده کوانتومی توپولوژیکی است، توسعه دادند.

این ماده کوانتومی برخلاف مس با کوچک شدن ابعادش، رسانای الکتریکی بهتری می‌شود. محققان معتقدند که این امر می‌تواند عملکرد و بهره‌وری انرژی میکروتراشه‌های آینده را افزایش دهد.

مس به دلیل رسانایی الکتریکی بالا، به طور گسترده برای سیم‌های پردازنده میکروسکوپی (اتصالات) استفاده می‌شود. در واقع، صنعت نیمه‌رسانا‌ها در اواخر دهه ۱۹۹۰ از آلومینیوم به مس تغییر رویه داد و شرکت IBM در سال ۱۹۹۷ در این گذار، پیشگام بود.

این تغییر با کوچک‌تر شدن ترانزیستور‌ها ضروری شد و امکان قرار دادن ویژگی‌های بیشتر روی تراشه‌ها را فراهم کرد، اما در حالی که مس در اندازه‌های بزرگتر رسانای بسیار خوبی است، عملکرد آن با کوچک شدن این سیم‌ها به مقیاس نانو کاهش می‌یابد.

این به این دلیل است که با نازک‌تر شدن سیم‌های مسی، الکترون‌ها بیشتر با سطوح آنها برخورد می‌کنند و مقاومت الکتریکی را افزایش داده و راندمان را کاهش می‌دهند.

محققان برای غلبه بر این چالش به «نیوبیوم آرسنید» (NbAs)، یک شبه‌فلز توپولوژیکی که الکترون‌های سطحی آن رفتار متفاوتی نسبت به فلزات معمولی دارند، روی آورد.

جودی چا (Judy Cha)، استاد علوم مواد و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: الکترون‌هایی که روی سطح ماده جریان دارند، بسیار سریع حرکت می‌کنند و به راحتی الکترون‌های موجود در توده پراکنده نمی‌شوند.

وی گفت که با کوچک‌تر شدن سیم‌های مسی، الکترون‌ها به طور فزاینده‌ای با سطوح آنها برخورد می‌کنند، در جهات مختلف پراکنده می‌شوند و رسانایی را کاهش می‌دهند. به همین دلیل است که از نظر الکتریکی بسیار مقاوم می‌شود.

برخلاف مس که به الکترون‌هایی که از درون آن عبور می‌کنند، متکی است، NbA از الکترون‌های سطحی با حرکت سریع بهره می‌برد. با نازک‌تر شدن، اثرات سطحی حتی قوی‌تر می‌شوند و عملکرد الکتریکی را بهبود می‌بخشند.

لینک کپی شد

اشتراک‌ گذاری