Klasicky elektronický integrovaný obvod. Kredit: PeterJohnBishop, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Základním stavebním materiálem dnešní elektroniky zůstávají polovodiče. Právě z nich se skládají tranzistory a integrované obvody a z těch se zase montují chytré telefony i superpočítače. Pokud jde o výrobu samotných polovodičů, tam stále kraluje křemík. Nový výzkum odborníků americké Columbia University by to ale mohl změnit.

Milan Delor. Kredit: Columbia University.

Vedoucí výzkumného týmu Milan Delor a jeho kolegové objevili nový polovodičový materiál, který, jak se zdá, předčí všechny ostatní. Jde o mix rhenia, selenu a chloru Re₆Se₈Cl₂, jehož atomy se shlukují a chovají se jako jeden masivní atom, čili superatom. Pokud jde o přenos energie, je tento polovodič nejlepší na světě.

Atomová struktura jakéhokoliv materiálu vytváří nepatrné vibrace, které se pak pohybují jako kvantové částice zvané fonony. Na fononech se mohou rozptylovat částice přenášející energii, jako jsou elektrony nebo excitony. Tato energie se ztrácí v podobě tepla a její zvládnutí je významnou překážkou při navrhování elektronických systémů

Superatomový materiál má ale po ruce trik. Jeho excitony se po srážce s fonony nerozptylují, ale navazují se na ně, čímž vzniká jin typ kvazičástice, akustický exciton, čili polaron. Stále mohou nést energii, ale pohybují se mnohem pomaleji, než klasické excitony. Výsledkem je poněkud paradoxně „rychlejší“ polovodič.

Logo. Kredit: Columbia University.

Delor a spol. to přirovnají k bajce o zajíci a želvě. Elektrony v křemíku se pohybují velmi rychle, ale všude se tam odrážejí, což není úplně efektivní způsob pohybu. Polarony v materiálu z rhenia, selenu a chlóru jsou sice pomalejší, ale pohybují se více konzistentně.

Výsledkem podle badatelů je, že se polarony v novém materiálu pohybují dvakrát rychleji než elektrony v křemíku. Vzhledem k tomu, že polaronové systémy lze ovládat světlem, Delor s kolegy odhadují, že elektronická zařízení z takového materiálu by mohla být v celkovém úhrnu asi o 6 řádů rychlejší než dnešní elektronika.

Pokud jste se nažhavili na bleskurychlé procesory, budete si ještě muset počkat. Uvedená receptura není příliš praktická, především kvůli rheniu. Je příliš vzácné a drahé na to, aby se mohlo objevit v masově vyráběné elektronice. Delorův tým ale prokázal, že takový koncept se superatomem jako polovodič funguje, a to je dobrý základ. Teď budou hledat podobné materiály, které by byly podstatně levnější a přitom by stále vytvářely polarony. Nechme se překvapit.

Literatura

New Atlas 31. 10. 2023.

Science 382: 438–442.