Группа исследователей из Университета Миннесоты (University of Minnesota Twin Cities) успешно синтезировала тонкую пленку уникального топологического полуметалла. Этот материал способен произвести революцию в области вычислительной мощности и хранения памяти при значительном снижении энергопотребления. Исследование группы, недавно опубликованное в журнале Nature Communications, не только демонстрирует процесс создания материала, но и позволяет понять его физику и свойства.
Потребность в передовых полупроводниковых материалах
Растущая потребность в производстве полупроводников и исследованиях по разработке материалов для питания электронных устройств стала очевидной после принятия в США закона CHIPS and Science Act. Хотя традиционные полупроводники являются основой современных компьютерных чипов, ученые и инженеры находятся в постоянном поиске материалов, способных генерировать большую мощность при меньших затратах энергии, делая электронику меньше, лучше и эффективнее.
Топологические полуметаллы
Топологические полуметаллы - класс квантовых материалов - стали перспективными кандидатами на создание компьютерных чипов нового поколения. Эти материалы обладают уникальными свойствами, обусловленными различным поведением электронов внутри них, что отличает их от традиционных изоляторов и металлов, используемых в электронных устройствах. Их потенциальное использование в устройствах спинтроники, в которых для хранения и обработки информации используется спин электронов, а не электрический заряд, делает их еще более интригующими.
Успешный синтез тонкой пленки
Междисциплинарная группа исследователей Университета Миннесоты достигла значительного успеха, успешно синтезировав тонкую пленку этого топологического полуметаллического материала. Этот прорыв не только демонстрирует потенциал его высокой производительности, но и подчеркивает его низкое энергопотребление.
Стратегия магнитного легирования
Для перехода от слабого топологического изолятора к топологическому полуметаллу исследователи использовали стратегию магнитного легирования. Такой подход, впервые продемонстрированный в данном исследовании, открывает новые возможности для увеличения срока службы электрических устройств при одновременном снижении энергопотребления.
Совместимый с промышленностью процесс напыления
Отличительной особенностью данного исследования является использование запатентованного, совместимого с промышленностью процесса напыления для создания тонкой пленки полуметалла. Совместимость с существующими промышленными процессами облегчает внедрение и интеграцию технологии в производство реальных устройств.
Снижение энергопотребления
Потенциальное влияние этих исследований огромно. "Каждый день в своей жизни мы пользуемся электронными устройствами - от сотовых телефонов до посудомоечных машин и микроволновых печей. Все они используют микросхемы. Все они потребляют энергию", - поясняет Андре Мхоян, старший автор статьи и профессор кафедры химической инженерии и материаловедения Университета Миннесоты. "Вопрос в том, как минимизировать это потребление энергии? Данное исследование - шаг в этом направлении. Мы создаем новый класс материалов с аналогичными, а зачастую и лучшими характеристиками, но с гораздо меньшим потреблением энергии".
Мнения экспертов
Другой старший автор статьи, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Миннесоты Цзянь-Пин Ванг, подчеркивает важность поиска нетрадиционных подходов к увеличению срока службы и снижению энергопотребления электрических устройств. "Мы ищем способы продлить срок службы электрических устройств и одновременно снизить энергопотребление, и пытаемся сделать это нетрадиционными, нестандартными способами".
