Tim gradova blizanaca Univerziteta u Minesoti je, po prvi put, sintetizovao tanak film jedinstvenog topološkog polumetalnog materijala koji ima potencijal da generiše više računarske snage i memorije uz korišćenje znatno manje energije. Istraživači su takođe bili u mogućnosti da pažljivo prouče materijal, što je dovelo do nekih važnih otkrića o fizici koja stoji iza njegovih jedinstvenih svojstava.
Studija je objavljena u Nature Communications.
Kao što svedoči nedavni Zakon o CHIPS-u i nauci Sjedinjenih Država, postoji rastuća potreba za povećanjem proizvodnje poluprovodnika i podrškom istraživanju koje ide u razvoj materijala koji svuda napajaju elektronske uređaje. Dok su tradicionalni poluprovodnici tehnologija koja stoji iza većine današnjih kompjuterskih čipova, naučnici i inženjeri su uvek u potrazi za novim materijalima koji mogu da generišu više energije sa manje energije kako bi elektronika bila bolja, manja i efikasnija.
Jedan takav kandidat za ove nove i poboljšane kompjuterske čipove je klasa kvantnih materijala koji se nazivaju topološki polumetali. Elektroni u ovim materijalima se ponašaju na različite načine, dajući materijalima jedinstvena svojstva koja tipični izolatori i metali koji se koriste u elektronskim uređajima nemaju. Iz tog razloga, oni se istražuju za upotrebu u spintroničkim uređajima, alternativi tradicionalnim poluprovodničkim uređajima koji koriste spin elektrona, a ne električni naboj za skladištenje podataka i obradu informacija.
U ovoj novoj studiji, interdisciplinarni tim istraživača Univerziteta u Minesoti uspeo je da uspešno sintetiše takav materijal kao što je tanak film – i dokaže da ima potencijal za visoke performanse uz nisku potrošnju energije.
„Ovo istraživanje po prvi put pokazuje da možete preći sa slabog topološkog izolatora na topološki polumetal koristeći strategiju magnetnog dopinga“, rekao je Jian-Ping Vang, stariji autor rada i ugledni profesor Univerziteta McKnight i Robert F. Hartmannova katedra na Odseku za elektrotehniku i računarstvo Univerziteta u Minesoti.
„Tražimo načine da produžimo životni vek naših električnih uređaja i istovremeno smanjimo potrošnju energije, a to pokušavamo da uradimo na netradicionalne, van kutije načine.“
Istraživači godinama rade na topološkim materijalima, ali tim Univerziteta u Minesoti je prvi koji je koristio patentirani, industrijski kompatibilan proces raspršivanja za stvaranje ovog polumetala u formatu tankog filma. Pošto je njihov proces kompatibilan sa industrijom, rekao je Vang, tehnologija se može lakše usvojiti i koristiti za proizvodnju uređaja iz stvarnog sveta.
„Svakog dana u našim životima koristimo elektronske uređaje, od mobilnih telefona preko mašina za pranje sudova do mikrotalasnih pećnica. Svi oni koriste čips. Sve troši energiju“, rekao je Andre Mhoian, stariji autor rada i Rai D. i Mari T. Johnson Predsedavajući i profesor na Odseku za hemijsko inženjerstvo i nauku o materijalima Univerziteta u Minesoti.
„Pitanje je, kako da minimiziramo tu potrošnju energije? Ovo istraživanje je korak u tom pravcu. Dolazimo do nove klase materijala sa sličnim ili često boljim performansama, ali koristeći mnogo manje energije.“
Pošto su istraživači proizveli tako visokokvalitetan materijal, takođe su bili u mogućnosti da pažljivo analiziraju njegova svojstva i šta ga čini tako jedinstvenim.
„Jedan od glavnih doprinosa ovog rada sa tačke gledišta fizike je da smo bili u mogućnosti da proučimo neke od najosnovnijih svojstava ovog materijala“, rekao je Toni Lou, stariji autor rada i vanredni profesor Paul Palmberg na Univerzitetu. odeljenja za elektrotehniku i računarstvo u Minesoti.
„Obično, kada primenite magnetno polje, uzdužni otpor materijala će se povećati, ali u ovom konkretnom topološkom materijalu, predvideli smo da će se smanjiti. Uspeli smo da potvrdimo našu teoriju na izmerenim podacima o transportu i potvrdimo da postoji je zaista negativan otpor“.
Lov, Mkhoian i Vang rade zajedno više od decenije na topološkim materijalima za elektronske uređaje i sisteme sledeće generacije – ovo istraživanje ne bi bilo moguće bez kombinovanja njihove stručnosti u teoriji i proračunu, rastu i karakterizaciji materijala, i izrada uređaja.
„Ne samo da je potrebna inspirativna vizija, već i veliko strpljenje u četiri discipline i posvećena grupa članova tima da rade na tako važnoj, ali izazovnoj temi, koja će potencijalno omogućiti prelazak tehnologije iz laboratorije u industriju“, rekao je Vang.
