دانشمندان یک ماده ابراتمی (سوپراتمیک) را کشف کردهاند که ظاهراً سریعترین و کارآمدترین نیمهرسانای تاریخ است. این ماده جدید میتواند انرژی را بسیار سریعتر از سیلیکون منتقل کند. نیمهرساناها درواقع قلب تپنده دستگاههای الکترونیکی هستند و تا پیش از این سیلیکون نقش سریعترین نیمهرسانا را بر عهده داشت.
براساس مقاله منتشرشده در Science، دانشمندان دانشگاه کلمبیا ماده نیمهرسانای جدیدی را کشف کردهاند که بهنظر میرسد از هر ماده دیگری بهتر باشد. این ماده که با نام علمی Re6Se8Cl2 شناخته میشود، ترکیبی از عناصر رنیوم، سلنیوم و کلر است. وقتی چند اتم در کنار هم قرار میگیرند، مانند یک اتم بزرگ یا یک ابراتم رفتار میکنند و سرعت آنها بسیار بیشتر میشود.
تا پیش از این کشف، سیلیکون در دنیای نیمهرساناها حاکم بود. این ماده اساس ترانزیستورها و مدارهای مجتمع یا IC را تشکیل میدهد؛ به عبارت دیگر، بنمایه تمام گوشیهای هوشمند و حتی ابرکامپیوترها از همین مواد شکل گرفته است.
عملکرد ماده ابراتمی جدید در نقش سریعترین نیمهرسانا تاریخ
در هر مادهای ساختارهای اتمی ارتعاشات ریزی ایجاد میکنند. این ارتعاشات در قالب ذرات کوانتومی به نام فونون جابهجا میشوند. این ارتعاشات میتواند ذرات حامل انرژی مانند الکترونها یا اکسیتونها را پراکنده کند. این انرژی نیز بهسرعت به گرما تبدیل میشود و از بین میرود. مدیریت این انرژی یکی از مسائل همیشگی در طراحی تراشهها و سیستمهای الکترونیکی است.
اما گویا Re6Se8Cl2 با ترفند کوچکی میتواند این مسئله را برطرف کند. اکسیتونها هنگام برخورد با فونونها پراکنده نمیشوند، بلکه درواقع به آنها متصل میشوند و شکل دیگری از شبهذرهای به نام اکسیتون-پلارون صوتی را ایجاد میکنند. این شبهذرهها هنوز هم میتوانند انرژی حمل کنند، اما بسیار آهستهتر از اکسیتونهای معمولی حرکت میکنند؛ بهشکل غیرمنتظرهای، این حرکت آهسته درنهایت منجر به افزایش سرعت انتقال انرژی در مقایسه با سیلیکون میشود.
محققان از داستان قدیمی لاک پشت و خرگوش برای مقایسه این شبهذره و الکترون استفاده میکنند. الکترونها میتوانند خیلی سریع در سیلیکون حرکت کنند، اما تمایل دارند در سراسر مکان بجهند که این جهشها کارآمد نخواهد بود. اما پلارونهای Re6Se8Cl2 با آنکه کندتر هستند، ولی تحت تأثیر سایر فونونها قرار نمیگیرند؛ بنابراین در طول زمان دورتر و پیوستهتر حرکت میکنند.
درواقع محققان دریافتهاند که پلارونهای Re6Se8Cl2 تقریباً 2 برابر سریعتر از الکترونهای موجود در سیلیکون حرکت میکنند، چون میتوان آنها را بهجای برق با نور کنترل کرد. محققان تخمین میزنند که دستگاههای الکترونیکی که با این ماده ساخته میشوند، احتمالاً بتوانند 6 برابر سریعتر از دستگاههای موجود عمل کنند.
متأسفانه نباید انتظار داشت بهاینزودیها پردازندههای پرسرعتی با این مواد جدید ساخته شود. محققان میگویند بعید است که این ترکیب خاص هرگز وارد بازار شود. رنیوم عنصری بسیار کمیاب و گران است. بااینحال، پس از اثبات سرعت این نیمهرسانای جدید، محققان بر این باورند که شاید بتوان با مواد مشابه و ارزانتر قطعاتی با رفتار مشابه ساخت.
