Nowy materiał może poprawić wydajność przetwarzania komputera i pamięci

Anonim

Zespół naukowców prowadzony przez University of Minnesota opracował nowy materiał, który mógłby potencjalnie poprawić wydajność przetwarzania i pamięci komputera. Naukowcy złożyli patent na materiał z pomocą Semiconductor Research Corporation, a ludzie z branży półprzewodników poprosili już o próbki materiału.

Odkrycia opublikowano w materiałach przyrodniczych.

"Wykorzystaliśmy materiał kwantowy, który przyciągnął wiele uwagi w branży półprzewodników w ciągu ostatnich kilku lat, ale stworzyliśmy go w wyjątkowy sposób, który zaowocował materiałem z nowymi właściwościami fizycznymi i spinowo-elektronicznymi, które mogą znacznie poprawić wydajność obliczeniową i pamięć, "powiedział główny badacz Jian-Ping Wang, University of Minnesota Distinguished McKnight Professor i Robert F. Hartmann Katedra inżynierii elektrycznej.

Nowy materiał znajduje się w klasie materiałów nazywanych "izolatorami topologicznymi", które zostały niedawno zbadane przez środowiska badaczy fizyki i materiałów oraz w przemyśle półprzewodników ze względu na ich unikalny spin-elektroniczny transport i właściwości magnetyczne. Izolatory topologiczne są zwykle tworzone za pomocą procesu wzrostu pojedynczego kryształu. Inna powszechna technika wytwarzania wykorzystuje proces zwany Epitaksją z wiązki molekularnej, w którym kryształy hoduje się cienką warstwą. Obie te techniki nie mogą być łatwo skalowane do użycia w przemyśle półprzewodników.

W tym badaniu naukowcy rozpoczęli od selenku bizmutu (Bi2Se3), związku bizmutu i selenu. Następnie zastosowali technikę osadzania cienkich warstw, zwaną "rozpylaniem", która jest napędzana przez wymianę pędu pomiędzy jonami i atomami w materiałach docelowych w wyniku kolizji. Technika napylania jest powszechna w branży półprzewodników, ale po raz pierwszy została wykorzystana do stworzenia topologicznego materiału izolacyjnego, który można skalować do zastosowań w przemyśle półprzewodnikowym i magnetycznym.

Jednak fakt, że technika rozpylania zadziałała, nie była najbardziej zaskakującą częścią eksperymentu. Nanometryczne ziarna o wielkości poniżej 6 nanometrów w napylonej warstwie izolatora topologicznego wytworzyły nowe właściwości fizyczne materiału, który zmienił zachowanie elektronów w materiale. Po przetestowaniu nowego materiału naukowcy odkryli, że jest on 18 razy bardziej wydajny w przetwarzaniu komputerowym i pamięci w porównaniu z bieżącymi materiałami.

"Wraz ze spadkiem wielkości ziaren, doświadczyliśmy czegoś, co nazywamy" ograniczeniem kwantowym ", w którym elektrony w materiale działają inaczej, dając nam większą kontrolę nad zachowaniem elektronów" - powiedział współautor badań Tony Low, asystent University of Minnesota profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej.

Naukowcy badali materiał za pomocą wyjątkowej elektronowej mikroskopii transmisyjnej o wysokiej rozdzielczości (TEM) University of Minnesota, technologii mikroskopowej, w której wiązka elektronów jest przesyłana przez próbkę w celu utworzenia obrazu.

"Dzięki naszemu zaawansowanemu skanerowi TEM z korekcją aberracji udało nam się zidentyfikować te nanometryczne ziarna i ich interfejsy w filmie" - powiedział Andre Mkhoyan, profesor nadzwyczajny University of Minnesota, inżynier chemii i materiałoznawca oraz ekspert w dziedzinie mikroskopii elektronowej.

Naukowcy twierdzą, że to dopiero początek i że odkrycie to może otworzyć drzwi do dalszych postępów w przemyśle półprzewodników, a także w powiązanych branżach, takich jak technologia pamięci magnetycznej (MRAM).

"Dzięki nowej fizyce tych materiałów może pojawić się wiele nowych aplikacji", powiedział Mahendra DC (Dangi Chhetri), pierwszy autor artykułu i fizyka Ph.D. student w laboratorium profesora Wanga.

Wang zgadza się, że te nowatorskie badania mogą mieć duży wpływ.

"Wykorzystanie procesu rozpylania do wytworzenia materiału kwantowego, takiego jak izolator topologiczny oparty na bizmutach i selenach, jest sprzeczne z intuicyjnymi instynktami wszystkich badaczy w tej dziedzinie i faktycznie nie jest wspierane przez żadną istniejącą teorię" - powiedział Wang. "Cztery lata temu, przy silnym wsparciu ze strony Semiconductor Research Corporation i Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych w dziedzinie Obrony, zaczęliśmy od wielkiego pomysłu poszukiwania praktycznej ścieżki rozwoju i zastosowania topologicznego materiału izolacyjnego do przyszłych komputerów i urządzeń pamięciowych. odkrycie eksperymentalne doprowadziło do opracowania nowej teorii topologicznych materiałów izolacyjnych.

"Badanie polega przede wszystkim na cierpliwości i współpracy z członkami zespołu, tym razem była to wielka spłata" - powiedział Wang.

menu
menu