Z rozwojem technologii cyfrowej rośnie zapotrzebowanie na silniejsze, a jednocześnie bardziej energooszczędne komponenty półprzewodnikowe. Naukowcy z University of Minnesota Twin Cities zdołali zsyntetyzować unikalny topologiczny półmetal, który obiecuje znaczący postęp w technologii komputerowej, zapewniając wyższą moc obliczeniową i pojemność pamięci przy znacząco niższym zużyciu energii. Opublikowane w Nature Communications badania tego zespołu stanowią krok naprzód w zrozumieniu i syntezie takich zaawansowanych materiałów.

Zapotrzebowanie na zaawansowane materiały półprzewodnikowe rośnie w świetle niedawnego uchwalenia ustawy CHIPS and Science Act w Stanach Zjednoczonych, co podkreśla wagę opracowywania nowych półprzewodników. Chociaż tradycyjne półprzewodniki są podstawą współczesnych układów scalonych, istnieje ciągłe poszukiwanie materiałów, które mogą zwiększyć wydajność elektroniki, jednocześnie zmniejszając jej wymagania energetyczne.

Topologiczne półmetale są klasą materiałów kwantowych, które oferują unikalne właściwości, dzięki odmiennym zachowaniom elektronów w ich strukturze. W odróżnieniu od tradycyjnych izolatorów i metali stosowanych w urządzeniach elektronicznych, topologiczne półmetale mają potencjał wykorzystania w technologiach spintronicznych, które wykorzystują spin elektronów do przechowywania i przetwarzania danych, zamiast korzystania z ładunku elektrycznego.

Zespół z University of Minnesota dokonał przełomu, syntetyzując cienką warstwę tego intrygującego topologicznego materiału półmetalicznego. Proces syntetyczny nie tylko udowadnia, że materiał ten jest osiągalny, ale również podkreśla jego potencjalne korzyści w kontekście niskiego zużycia energii, podnosząc tym samym poprzeczkę dla przyszłych badań.

W badaniach zastosowano strategię domieszkowania magnetycznego, aby przejść od słabego izolatora topologicznego do topologicznego półmetalu. Ten innowacyjny proces, pokazany po raz pierwszy, otwiera drzwi do nowych możliwości zwiększenia trwałości urządzeń elektronicznych, jednocześnie zmniejszając ich zużycie energii.

Proces domieszkowania zrealizowano przy użyciu opatentowanej technologii natryskiwania, co dodatkowo ułatwia integrację z istniejącymi procesami przemysłowymi, otwierając tym samym drogę do realnej komercjalizacji tego materiału.

Jak zaznaczył Andre Mkhoyan, starszy autor artykułu i profesor na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Materiałowej na Uniwersytecie w Minnesocie, zmniejszenie zużycia energii przez urządzenia elektroniczne jest nie tylko krokiem w kierunku zrównoważonego rozwoju, ale także elementem niezbędnym do napędzania nowych technologicznych innowacji. Potwierdza to również drugi starszy autor artykułu, Jian-Ping Wang, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na tym samym uniwersytecie, podkreślając znaczenie poszukiwania innowacyjnych rozwiązań w celu wydłużenia życia i zmniejszenia zużycia energii przez urządzenia elektryczne.

Odkrycie to stanowi krok milowy w poszukiwaniu rozwiązań na zwiększenie mocy obliczeniowej i pojemności pamięci w nowych generacjach urządzeń elektronicznych, jednocześnie znacząco zmniejszając ich zużycie energii. Nowe drzwi zostały otwarte dla przyszłych badań, które mogą jeszcze bardziej przyspieszyć postęp w dziedzinie technologii komputerowej i elektronicznej.