Структура станена

Вполне вероятно, что графену придется немного подвинуться с первого места пьедестала почета, которое он занимает в качестве самого перспективного материала для создания электронных устройств и микропроцессоров следующих поколений. А сместить оттуда графен сможет новый материал, станен (Stanene), который также является материалом одноатомной толщины, состоящим из атомов олова и атомов фтора. Согласно расчетам ученых-физиков из Стэндфордского университета и Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC американского Министерства энергетики (US Department of Energy, DOE), этот материал может стать первым в мире материалом, проводящим электрический ток со 100-процентной эффективностью, как при комнатной температуре, так и при более высоких температурах, при которых работают кристаллы современных микропроцессоров.

Название станен происходит от латинского названия олова станнум (stannum), объединенного с окончанием -ен, позаимствованным у названия графен. «Если наши расчеты будут подтверждены результатами экспериментов, которые уже проводятся сейчас в нескольких лабораториях во всем мире, то станен станет материалом, использование которого позволит значительно увеличить скорость работы компьютерных процессоров будущих поколений, снизив при этом количество потребляемой и выделяемой ими энергии» — рассказывает Шоукэнг Занг (Shoucheng Zhang), профессор физики из Стэндфордского университета и руководитель объединенной научной группы.

В течение достаточно долгого времени профессор Занг вместе с его коллегами работали над предварительными расчетами электрических и электронных свойств материалов особого вида, известных как топологические изоляторы. Такие материалы способны проводить электрический ток не через всю площадь их сечения, а только по отдельным участкам, чаще всего по краям и по поверхности. Такие необычные электрические свойства топологических изоляторов обуславливаются сложными взаимодействиями электронов материала и ядер атомов тяжелых элементов. Но если топологический изолятор становится толщиной в один атом, весь этот материал превращается в поверхность, проводящую электрический ток без всяких потерь, со 100-процентной эффективностью.

Вычисления, проделанные группой профессора Занга, показали, что материал, состоящий из одного слоя атомов олова, будет топологическим изолятором, и, как следствие этого высокотемпературным сверхпроводником, «работающим» при комнатной температуре. А добавление атомов фтора в состав этого материала позволило стабилизировать его уникальные свойства и при более высоких температурах, по крайней мере, до 100 градусов по шкале Цельсия. Этот диапазон вполне соответствует температурному диапазону, при котором работают кристаллы большинства микропроцессоров и других электронных чипов.

Для нового материала, станена, ученые видят самую главную область его применения — использование его в качестве материала электрических проводников, которые соединяют в единое целое отдельные элементы и функциональные узлы микропроцессоров. Использование станена в этой роли позволит электронам перемещаться, не встречая сопротивления на своем пути, что приведет к снижению потерь в виде выделяющейся тепловой энергии. «Кроме этого, уникальные свойства станена можно использовать для создания более мелких «кирпичиков», из которых состоят все компьютерные чипы, — транзисторов. Но к этому мы придем лишь после того, как досконально изучим все свойства этого материала и найдем решение некоторых технологических проблем» — рассказывает профессор Занг.

Проблемы технологического плана, о которых упоминает профессор Занг, заключаются в необходимости обеспечения целостности и сохранности одноатомного материала из относительно легкоплавкого олова во время высокотемпературных процессов при производстве полупроводниковых чипов. Но, будем надеяться, что ученые найдут приемлемое решение вышеописанной проблемы и мир в недалеком будущем увидит новые малопотребляющие и высокопроизводительные микропроцессоры.

DailyTechInfo