Nejrychlejší polovodič nemusí být na bázi křemíku. Je zde materiál známý jako Re6Se8Cl2

Datum 05.11.2023

Foto: Pexels/Pixabay

Vědci z Kolumbijské univerzity objevili nový polovodičový materiál, který zřejmě překonává všechny ostatní. Materiál známý jako Re₆Se₈Cl₂ je tvořen směsí rhenia, selenu a chloru, jejichž atomy se shlukují a chovají se jako jeden velký atom – “superatom”. A právě v tom spočívá jeho rychlost díky které může sesadit dominanci křemíku ve výrobě polovodičů.

V každém materiálu atomová struktura vydává drobné vibrace, které se šíří jako kvantové částice zvané fonony, které mohou rozptylovat částice nesoucí energii, jako jsou elektrony nebo excitony. Tato energie se však zahříváním ztrácí, což omezuje navrhování elektronických čipů a systémů. Excitony u materiálu Re₆Se₈Cl₂ se nerozptylují, když na ně dopadají fonony, ale ve skutečnosti se na ně vážou, čímž vytvářejí další formu kvazičástic zvanou akustické excitony-polarony. Ty mohou stále přenášet energii, ale pohybují se mnohem pomaleji než běžné excitony – což nakonec vede k vyšší rychlosti než v křemíku.

Tým Kolumbijské univerzity to přirovnává ke starému příběhu o želvě a zajíci. Elektrony mohou křemíkem cestovat velmi rychle, ale mají tendenci se odrážet všude možně, což není nejefektivnější cesta. Naproti tomu polarony v Re₆Se₈Cl₂ jsou pomalejší a nejsou ovlivňovány jinými fonony, takže se pohybují dál a v čase konzistentněji.

V důsledku toho tým zjistil, že polarony v Re₆Se₈Cl₂ se pohybují přibližně dvakrát rychleji než elektrony v křemíku. Další obrovskou výhodou je, že je lze ovládat světlem namísto elektřiny. To má také zásadní význam při navýšení rychlosti.

Problém je, že rhenium je příliš vzácné a drahé. Vědci však věří, že po prokázání tohoto konceptu by podobné, snad levnější materiály mohly vykazovat stejné chování.