Vodivá propojení v elektronických součástkách jsou stále nejčastěji vyrobena z mědi. Již dlouho je ale s miniaturizací a zvyšováním počtu tranzistorů na čipu problém (nejeden, tedy). Jakmile propojující drátky začneme zmenšovat na tloušťku v nano měřítku, jejich elektrický odpor se rychle zvyšuje, protože elektrony pohybující se nanodrátkem mají větší pravděpodobnost, že narazí do povrchu vodiče. Výsledkem je uvolňování energie ve formě odpadního tepla a (když nic jiného), k udržení stejné úrovně výkonu potřebujete více energie.
Vědci ze Stanfordovy univerzity nyní publikovali novou studii, která ukazuje, že tenké vrstvy fosfidu niobu (NbP) vykazují mnohem vyšší vodivost než měď pod tloušťkou 5 nanometrů (nm) (typická tloušťka vodičů v dnešních čipech je asi 10–30 nm). Toto zlepšení je způsobeno tím, že NbP je materiál s jedinečnými kvantovými vlastnostmi. Fosfid niobu se řadí k topologickým materiálům; jejich vodivost podél povrchu je extrémně vysoká a zůstává stejná bez ohledu na změny tvaru nebo velikosti materiálu (tzv. topologicky chráněný povrchový stav). Vodivost topologického materiálu nelze potlačit změnou tvaru. I když se materiál ztenčí, ohne nebo dojde například k poškrábání jeho povrchu, zvláštní vodivé vlastnosti povrchu zůstanou zachovány. To dává NbP významnou výhodu.
Na novém objevu má být pozoruhodné zejména to, že tyto kvantové vlastnosti byly pozorovány v neuspořádaných vrstvách, tj. fosfid niobu nebyl vyroben tím nejkontrolovanějším způsobem, který by maximalizoval jeho vodivost. Zkoumaný fosfid niobu neměl žádný řád v delším dosahu. To znamená, že obsahoval malé krystaly (podobně jako případně optimalizovaná verze), ale celkově šlo neuspořádanou látky – zdroj to přirovnává k netemperované čokoládě. Vyrábět takto „neuspořádaný/neoptimalizovaný“ materiál je samozřejmě mnohem jednodušší a levnější.
Fosfor je v zemské kůře téměř stejně hojný jako uhlík, zatímco niob je zastoupen asi o třetinu více než měď, i když jiná věc z hlediska výsledné ceny je samozřejmě těžba/získávání těchto prvků. Zajímavé také je, zda by podobné vlastnosti nemohly vykazovat i jiné topologické materiály, např. fosfid a arsenid tantalu.
Zdroj: Stanford University, Asir Intisar Khan et al. ,Surface conduction and reduced electrical resistivity in ultrathin noncrystalline NbP semimetal.Science387,62-67(2025).DOI:10.1126/science.adq7096
Mark Greenaway, Fasil Dejene, Kelly Morrison: Next generation computers: New wiring material could transform chip technology, The Conversation, TechXplore.com
Studie vedená University at Buffalo zkoumá, zda by se alternativními materiály nedal nahradit i křemík, alespoň ve své dnes používané podobě. Navrhují obohatit ho o 2D materiály, což by mohlo zajistit efektivnější injektáž a transport elektrických nábojů. Experimentovalo se například se sulfidem molybdeničitým ve vrstvě tenčí než 1 nm na rozhraní mezi kovem a křemíkem. Ukázalo se, že ovlivňuje vstřikování náboje, ale nikoliv jeho sběr – výstup z křemíku. Podobné důsledky jako sulfid molybdeničitý měl i grafen a hexagonální nitrid bóru (i když ten je na rozdíl od nich izolantem).
Anthony Cabanillas et al, Enormous Out-of-Plane Charge Rectification and Conductance through Two-Dimensional Monolayers, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.4c15271
Zdroj: University at Buffalo / Phys.org
