ตัวนำไฟฟ้าบางเฉียบสำหรับนาโนอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต ที่อาจจะดีกว่าทองแดง

นักวิจัยได้สร้างวัสดุที่สามารถทำให้นาโนอิเล็กทรอนิกส์มีประสิทธิภาพและทรงพลังมากขึ้น และแก้ปัญหาการใช้พลังงานในระยะยาว

ฟิล์ม Niobium phosphide ที่ไม่เป็นผลึกและมีความหนาเพียงไม่กี่อะตอม วัสดุนี้เป็นวัสดุกึ่งโลหะที่เรียกว่า Topological semimetal ซึ่งพื้นผิวของวัสดุนี้นำไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุภายใน ดังนั้น ยิ่งวัสดุบางมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดีเท่านั้น (Credit: Il-Kwon Oh / Asir Khan)

นักวิจัยจาก Stanford University ได้พัฒนาไนโอเบียมฟอสไฟด์ (Niobium phosphide) ให้เป็นฟิล์มที่มีความหนาเพียงไม่กี่อะตอม และจากการทดสอบแล้วพบว่าสามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดง ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science ฟิล์มไนโอเบียมฟอสไฟด์นี้สามารถผลิตขึ้นและเคลือบบนชิปคอมพิวเตอร์ได้ที่อุณหภูมิต่ำซึ่งอาจช่วยให้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตมีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานมากขึ้น โดยตัวนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าทองแดงในนาโนอิเล็กทรอนิกส์นั้นต้องมีโครงสร้างผลึกที่แน่นอน นั่นหมายความว่าต้องใช้ความร้อนสูงมากในการสร้างโครงสร้างผลึกดังกล่าว ซึ่งฟิล์มไนโอเบียมฟอสไฟด์ที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้เป็นตัวอย่างแรกของวัสดุที่ไม่เป็นผลึก แต่สามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ และคุณสมบัติการนำไฟฟ้านี้ดีขึ้นเมื่อเป็นฟิล์มที่บางลง

นักวิจัยเรียกวัสดุไนโอเบียมฟอสไฟด์นี้ว่า Topological semimetal ซึ่งหมายความว่าวัสดุกึ่งโลหะที่สามารถนำไฟฟ้าได้ โดยพื้นผิวด้านนอกของวัสดุนี้สามารถนำไฟฟ้าได้มากกว่าวัสดุด้านใน ยิ่งฟิล์มไนโอเบียมฟอสไฟด์บางเท่าไร วัสดุด้านในก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น แต่พื้นผิวจะยังคงเท่าเดิม ซึ่งทำให้พื้นผิวด้านนอกที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าได้มากกว่านั้นสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นและทำให้วัสดุนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น โดยเมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว โลหะนำไฟฟ้าแบบดั้งเดิม เช่น ทองแดง จะสามารถนำไฟฟ้าได้แย่ลงเมื่อบางกว่า 50 นาโนเมตร

ฟิล์มไนโอเบียมฟอสไฟด์นี้เป็นแนวทางใหม่สำหรับตัวนำในนาโนอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยไม่ได้คาดหวังว่าวัสดุดังกล่าวจะมาแทนที่ทองแดงในชิปคอมพิวเตอร์ทั้งหมดทันที เนื่องจากทองแดงยังคงเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีกว่าในฟิล์มและสายไฟที่หนา อย่างไรก็ตาม ไนโอเบียมฟอสไฟด์ช่วยเปิดประตูสู่การวิจัยด้าน Topological semimetal อื่นๆ ที่จะยกระดับประสิทธิภาพของไนโอเบียมฟอสไฟด์ให้สูงขึ้น

-------------------

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

Ultrathin conductor developed for nanoelectronics could be better than copper, https://www.nsf.gov/news/ultrathin-conductor-developed-nanoelectronics-could-be?utm_medium=email&utm_source=govdelivery