Superatomares Material entdeckt: Was wird es bewirken?

Unter heutigen Bedingungen ist Silizium zweifellos die kritischste Komponente im Halbleiterbereich. Seit einiger Zeit wird jedoch intensiv an der Entwicklung einer Alternative zu Silizium gearbeitet. In diesem Zusammenhang haben Wissenschaftler entdeckt, dass ein „superatomares“ Material der bisher schnellste und effizienteste Halbleiter ist und zudem Energie weitaus schneller transportieren kann als Silizium.

VERHÄLT SICH WIE EIN SUPERATOM

Wie aus einem Bericht von Donanımhaber hervorgeht, ist Silizium derzeit von unschätzbarem Wert für Halbleiter, die das Herzstück elektronischer Geräte bilden. Diese Materialien bilden die Grundlage für Transistoren und integrierte Schaltkreise und bilden die Infrastruktur für alles, von Smartphones bis hin zu Supercomputern. Wissenschaftler der Columbia University haben ein neues Halbleitermaterial gefunden, das eine bessere Leistung erbringt als alles bisher Bekannte. Das als Re6Se8Cl2 bekannte Material besteht aus einer Mischung aus Rhenium, Selen und Chlor, wobei sich die Atome zu einem großen Atom zusammenschließen und sich wie ein „Superatom“ verhalten. Genau daraus bezieht es seine Geschwindigkeit.

In jedem Material sendet die atomare Struktur kleine Vibrationen aus, die als Quantenteilchen namens Phononen fungieren und energieübertragende Teilchen wie Elektronen oder Exzitonen streuen können. Diese Energie geht schnell als Wärme verloren, und ihre Kontrolle ist ein grundlegendes Problem, das beim Design von elektronischen Chips und Systemen ständig auftritt.

Das entdeckte Re6Se8Cl2 hat einen besonderen Kniff. Die Exzitonen werden nicht gestreut, wenn sie von Phononen getroffen werden, sondern binden sich tatsächlich an diese und bilden eine andere Form, die als akustische Exziton-Polaronen bezeichnet wird. Obwohl diese immer noch Energie transportieren können, bewegen sie sich viel langsamer als normale Exzitonen. Letztendlich führt dies jedoch interessanterweise zu höheren Geschwindigkeiten als bei Silizium.

Wahrscheinlich kennen wir alle die ikonische Geschichte von Schildkröte und Hase. So wie die Schildkröte das Rennen zwischen den beiden unerwartet gewinnt, ist die Situation bei dem entdeckten Halbleiter recht ähnlich.

Elektronen können sich auf Silizium zwar mit unglaublicher Geschwindigkeit bewegen, aber sie neigen dazu, wie Hasen an unvorhersehbare Orte zu springen. Folglich ist diese Reise nicht die ideale Art der Fortbewegung. Auf der anderen Seite bewegen sich die Elektronen in Re6Se8Cl2 wie eine Schildkröte: Sie springen nicht hin und her, werden nicht von Phononen beeinflusst und kommen letztendlich im Laufe der Zeit weiter und konsistenter voran.

Vor diesem Hintergrund schätzt das Forschungsteam, dass elektronische Geräte, die mit diesem Material hergestellt werden, sechsmal schneller sein könnten als die derzeit verfügbaren. Wir stehen jedoch bei Re6Se8Cl2 noch ganz am Anfang des Weges und vieles bleibt auf theoretischer Ebene. Milan Delor, einer der Autoren der Studie, sagt: „Re6Se8Cl2 ist in Bezug auf den Energietransport der beste Halbleiter, den wir zumindest bisher kennen.“

Vielleicht werden wir das Material namens Re6Se8Cl2 nie zu Gesicht bekommen, aber das Forschungsteam glaubt, dass zugänglichere und billigere Materialien gefunden werden können, die ähnliche Eigenschaften aufweisen.

Nachrichtenquelle: 12punto

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