W najnowszym artykule naukowym opublikowanym 1 lipca 2024 roku w periodyku Materials Today Physics możemy przeczytać o udanej próbie stworzenia materiału, który przewyższa swoimi możliwościami większość półprzewodników dostępnych na rynku.
Nie jest to jednak zwykły materiał, bowiem – jak wskazują fizycy – budowano go dosłownie atom po atomie. Efekt był jednak fenomenalny. Testy przeprowadzone na niezwykle cienkiej warstwie krystalicznej potwierdziły, że elektrony są w stanie przemieszczać się w tym materiale nawet siedem razy szybciej niż w standardowych półprzewodnikach. Nie trzeba btutaj chyba wspominać, że taki materiał, gdyby udało się go wykorzystać w urządzeniach elektronicznych, może znacząco poprawić ich wydajność.
Czytaj także: Półprzewodnik pobił rekord prędkości. Jego właściwości są tak niesamowite, że aż trudno w nie uwierzyć
Trójskładnikowy tetradymit, bo taką nazwę nosi nowo opracowany materiał, występuje w formie niezwykle cienkiej warstwy o grubości tysiąckrotnie mniejszej od grubości włosa ludzkiego (ok. 100 nm). Proces jego produkcji jest dość skomplikowany. Naukowcy wykorzystują do tego metodę epitaksji z wiązek molekularnych. Mówiąc inaczej, precyzyjnie kierowane wiązki cząsteczek budują materiał dosłownie atom po atomie. Choć jest to metoda niezwykle trudna, to jednak pozwala na tworzenie warstw praktycznie pozbawionych defektów, które miałyby istotny wpływ na prędkość przemieszczania się elektronów w polu elektrycznym.
W powszechnie wykorzystywanych półprzewodnikach przemowych elektrony poruszają się z prędkościami rzędu 1400 centymetrów kwadratowych na woltosekundę. W przypadku nowo opracowanego materiału mamy do czynienia ze wzrostem prędkości do 10000 cm^2/V-s.
Nie jest to zatem poprawa wydajności, a prawdziwy skok jakościowy. Urządzenia, które będą wykorzystywały taki materiał (jeżeli faktycznie do tego dojdzie), będą z jednej strony generowały mniej ciepła, a z drugiej zużywały znacznie mniej energii. Wychodzi na to, że z przyszłych urządzeń mogą zniknąć bardzo powszechne obecnie wady.
Czytaj także: Chemicy ustanowili nowy rekord. Ten półprzewodnik bije krzem pod każdym względem
Wnioski są jednoznaczne. Naukowcy muszą dopracować metody wytwarzania materiału w sposób masowy. W przeciwieństwie do dotychczas wykorzystywanych półprzewodników, ten nowy będzie dla elektronów – jak wskazują badacze – prawdziwą autostradą, na której na dodatku nie ma ruchu. W porównaniu z nim, wcześniejsze półprzewodniki będą przypominały rozkopane ulice Poznania i to w godzinach największego ruchu.
Jak zmierzono prędkość elektronów w nowym półprzewodniku? Po stworzeniu krystalicznej warstwy nowego materiału, badacze umieścili ją w bardzo zimnym środowisku i w odpowiednim polu magnetycznym. Następnie podłączono go do prądu i zmierzono oscylacje kwantowe powstałe w wyniku interakcji oporu elektrycznego i pola magnetycznego.
Dzięki temu, że materiał praktycznie nie posiadał żadnych defektów, elektrony przeleciały przez niego z zawrotną prędkością. Badacze podejrzewają, że poprawienie procesu produkcji materiału, może te prędkości jeszcze zwiększyć.
