22.11.2013

Двумерное олово как следующий чудо-материал

Станен, как его называют учёные, может оказаться топологическим изолятором при температурах вплоть до точки закипания воды, и это серьёзная претензия на звание следующего прорывного материала в электронике.

Сразу же оговоримся: чудо-материал - это как чудо-оружие. То есть если вы не умеете его применять, то оно вам не поможет, и даже после создания чего-то нужны годы труда, чтобы воспользоваться потенциалом новинки. Отличный пример - графен. Двумерный углерод, одноатомная пластина которого горазда на свойства, которые радикально отличаются от обычных графитовых. Понять, что у него сверхбудущее, удалось давно, а вот внедрение графена только-только начинается.

Итак, Стэнфордский университет (США) в лице Шоучэн Чжана (Shoucheng Zhang) и его коллег из других стран и вузов показал, что двумерное олово способно стать очередным чудо-материалом.

Нет, правда, слой олова одноатомной толщины, похоже, и впрямь обладает выдающимися качествами. Сами разработчики наказывают его "станен" - от латинского stannum, что значит "олово", и, понятное дело, с прибавлением "графенового" суффикса.

Всё последнее десятилетие г-н Чжан и его группа изучали свойства того класса материалов, что откликается на название "топологические изоляторы" (ТИ). Они электропроводны только на своих внешних краях, во всём остальном оставаясь диэлектриками. В итоге, когда их производят из одноатомного слоя какого-нибудь материала, края таких изоляторов проводят ток со стопроцентной эффективностью, причём при комнатной температуре.

"Волшебство топологических изоляторов в том, что по своей природе они заставляют электроны двигаться по чётко определённым полосам, без скоростных ограничений, как на немецком автобане, - объясняет исследователь. - Пока они остаются "на трассе" - краях поверхностей из такого материала - электроны будут путешествовать без сопротивления".

Исследуя структуры ТИ, та же научная группа предсказала в 2006-2009 гг., что ряд соединений, таких как теллурид ртути и некоторые другие, будет обладать подобными свойствами, и последующие эксперименты других учёных подтвердили это.

Тогда материаловеды снова взялись за ту же часть таблицы Менделеева, решив попытать счастья с оловом.

Проведя необходимые расчёты, они пришли к выводу, что одноатомный слой олова будет топологическим изолятором для температур, равных комнатной и даже несколько выше - вплоть до 100°С! Хотя это пока лишь теория, всё ещё проверяемая в лаборатории, предыдущие прикидки группы регулярно оправдывались, поэтому можно ожидать, что верным окажется и эта.

В первую очередь станен послужит для соединения множества секций микропроцессора, полагает г-н Чжан. Сегодня это осуществляется с помощью обычных проводников, создающих "пробки" из электронов, что увеличивает энергопотребление и тепловыделение процессоров.

"В будущем мы расскажем об использовании станена во множестве других компонентов микросхем, - говорит руководитель группы. - Быть может, однажды мы даже назовём Кремниевую долину Оловянной, заменив станеном кремний в транзисторах".

Александр Березин

Источники:

1. db.compulenta.ru