Półprzewodniki dla chłodnych komputerów

Ten typ półprzewodnika składa się z tellurów rtęciowych i rtęciowo-kadmowych. W trakcie skomplikowanego procesu badawczego fizycy z Wurzburg aplikują te dwa materiały na kryształowe płytki w naprzemiennych ultracienkich warstwach. Poszczególne warstwy sięgają jedynie 7 do 10 nanametrów (nanometr odpowiada jednej milionowej milimetra). Wymyślenie malutkiego przewodu By zaanalizować przewodzenie prądu przez materiał o powyższych warstwach, fizycy dokonali strukturyzacji jego powierzchni używając litograficznych metod wzorcowania. Stworzyli oni swoistego rodzaju malutkie przewody i układają je w konkretny wzór np. w kształt litery H. Według profesora Hartmuta Buhmann'a, który jest członkiem grupy badawczej Molenkamp oczekiwano, że powyższy materiał stanie się izolatorem po spełnieniu określonych warunków np. przy bardzo niskich temperaturach. Wszystkie konwencjonalne półprzewodniki wykazują podobne zachowanie. Materiał zareagował w nieoczekiwany sposób Na naukowców czekała niespodzianka, jako że materiał zachował się inaczej niż oczekiwano. Elektrony zgromadziły się na krawędziach struktury w kształcie litery H. Dodatkowo poruszały się one tam stosunkowo swobodnie - bez odnotowanego oporu i w rezultacie bez rozpraszania ciepła. Według naukowców cecha ta jest w pełni zależna od użytego materiału i sposobu układania warstw. Kształt struktury, niezależnie czy jest to H czy X, pozostaje bez znaczenia. Brak gotowości dla szerszego zastosowania Ten nowy typ półprzewodnika nie jest jeszcze gotowy, by wprowadzać go na światową skalę. Efekty opisane powyżej występują jedynie przy niezmiernie niskich temperaturach poniżej 170 stopni Celsiusza. Z tego powodu naukowcy z uniwersytetu w Wurzburg zamierzają testować nowe materiały, które generują ten sam efekt przy znacznie wyższych temperaturach. Na celowniku naukowców znalazły się teraz związki bizmutu. Wpierw jednak będzie trzeba opracować procedurę gromadzenia ich w uporządkowany sposób w ultracienkie warstwy. Używając tej struktury w kształcie litery H, fizycy ustalili, iż ich nowy materiał, z którego zrobiony jest półprzewodnik przesyła prąd elektryczny bez podgrzewania temperatury w trakcie procesu. Komputery muszą pozostać chłodne Kiedy komputery są w użyciu, podgrzewają się. A jeśli temparatury sięgają zbyt wysokiego poziomu, funkcje chip'ów komputerów, by zachować odpowiedni tryb pracy potrzebują chłodzenia. Chłodzenia zapewniane jest przez wiatraczki lokowane na płytach PC lub przez systemy klimatyzacji w dużych pomieszczeniach komputerowych. Niektóre z nowoczesnych komputerów są obecnie wyposażane w systemy chłodzenia wodą. Można wysnuć klarowny wniosek, iż ciepło jest jednym z głównym czynników, który hamuje rozwój szybszych komputerów. Dzieje się tak dlatego, że coraz większa liczba tranzystorów, pracujących na coraz szybszych obrotach, musi być ciasno poukładana na płytkach chip'ów, by osiągnąć wyższe poziomy efektywności pracy. Według Hartmuta Buhmanna w wyniku zaistnienia powyższych okoliczności większy ładunek prądu elektrycznego przechodzi przez chip'y. A to z kolei powoduje powstanie zwiększonego efektu podwyższania temperatury w poszczególnych komponentach. Wynalezienie i zastosowanie komponentów, które w trakcie transmisji prądu nie generowałyby ciepła, stałoby się kamieniem milowym w procesie ewolucji komputerów. ----- Wyniki badań można znaleźć w: Nonlocal Transport in the Quantum Spin Hall State, Andreas Roth, Christoph Brüne, Hartmut Buhmann, Laurens W. Molenkamp, Joseph Maciejko, Xiao-Liang Qi, Shou-Cheng Zhang, Science, 17. Juli 2009, Vol. 325, no. 5938, pp. 294-297, DOI: 10.1126/science.1174736