Один слой атомов олова может стать основным материалом в мире для проведения электричества со 100% эффективностью при температурах, на которых работают компьютерные чипы, как следует из работы команды теоретических физиков из национальной лаборатории ускорителя в Стэндфордском университете.
Исследователи называют новый материал «станин», комбинируя латинское наименования для олова (stannum) с суффиксом, используемом в графене, еще одном однослойном материале, чьи новейшие электрические свойства очень многообещающи для широкого спектра применений.
«Станин может увеличить скорость и снизить требования к энергии будущих поколений компьютерных чипов, если наше предсказание подтвердится экспериментально, который проходят в нескольких лабораториях по всему миру», говорит лидер команды, Шоученг Жанг, профессор физики в Стэнфорде, работающем в тесном сотрудничестве с SLAC. Выводы команды недавно были опубликованы недавно в издании Physical Review Letters.
За прошлое десятилетие Жанг с коллегами вычислил и предсказал электронные свойства специального класса материалов, известных как топологические изоляторы, которые проводят электричество по внешним краям поверхности, но не по внутренности. Когда топологические изоляторы лишь в один слой толщиной, их края проводят электричество со 100% эффективностью. Эти необычные свойства являются результатом комплексных взаимодействий между электронами и ядрами тяжелых атомов в материалах.
Ранее приходящий ученый Йонг Ксу, работающий сейчас в университете Циньхуа в Пекине, сотрудничал с группой Жанга для изучения свойств одного слоя чистого олова.
«Мы знали, что должны искать элементы в нижнем правом отделе периодической таблицы», сказал Ксу. «Все прежние топологические изоляторы были задействованы и элементы богатые электронами находились там».
Их расчеты указывали на то, что один слой олова будет топологическим изолятором при температурах выше комнатных, и при добавлении фтора атомы олова расширят свой спектр работы как минимум до температур в 100 градусов Цельсия.
Жанг говорит, что первое применение комбинации станина-фтора может быть в проводниках, соединяющих множество секций микропроцессора, позволяя электронам течь так же свободно, как и автомобилям на автостраде. Накопление трафика вскоре произойдет с использованием обычных проводников, говорит он. Но провода из станина должны значительно снизить потребление энергии и выделение тепла микропроцессоров.
Проблемы производства включают гарантии того, что лишь один слой олова будет использоваться, и удержание этого слоя целым во время применения высоких температур при производстве чипов.
«Со временем мы можем увидеть станин, используемым для очень многих структур в цепях, включая замену кремния в сердце транзистора», сказал Жанг. «Однажды мы даже можем называть это место Оловянная Долина, а не Кремниевая Долина».