Bilim Dünyasında Yeni Rekor: Elektronları Neredeyse Sürtünmesiz Taşıyan Kuantum Yarı İletken

Warwick Üniversitesi ve Kanada Ulusal Araştırma Konseyi'ndeki bilim insanları, silikon uyumlu bir malzemede şimdiye kadar kaydedilen en yüksek elektriksel iletkenliğe ulaştıklarını duyurdu. Gelişme, daha hızlı, daha verimli elektronik ve kuantum cihazlarına doğru atılmış büyük bir adım olarak nitelendiriliyor.

Materials Today dergisinde hafta içinde yayınlanan buluş, silikon bir plaka üzerinde büyütülen nanometre inceliğinde, sıkıştırmalı gerilime sahip bir germanyum tabakasına odaklanıyor. Geliştirilen malzeme, elektrik yükünün içinde benzeri görülmemiş bir kolaylıkla hareket etmesine olanak tanıyor ve yarı iletken endüstrisi modern işlemcilerin fiziksel sınırlarıyla yüzleşirken silikon tabanlı çip üretiminin ömrünü potansiyel olarak uzatıyor.

Yeni Kuantum Yarı İletken Malzemesi

Günümüzde çoğu çip hala silikona dayanıyor ama bileşenler küçüldükçe ve transistör yoğunlukları arttıkça, modern cihazlar daha fazla ısı üretiyor ve performans konusunda azalan verimle karşı karşıya kalıyor. 1950'lerin ilk transistörlerinde kullanılan germanyumun, üstün yük hareketliliği sunduğu uzun zamandır biliniyordu fakat malzemenin ana akım silikon üretim teknikleriyle entegre edilmesi her zaman zor olmuştur.

Warwick Üniversitesi'nde doçent ve üniversitenin Yarı İletkenler Araştırma Grubu başkanı olan Dr. Maksym Myronov, ekibin silikon üzerinde sıkıştırmalı gerilimli germanyum (cs-GoS) olarak bilinen yeni malzemesinin söz konusu engeli aştığını belirtti.

Myronov yaptığı açıklamada, "Galyum arsenit gibi geleneksel yüksek hareketliliğe sahip yarı iletkenler çok pahalıdır ve modern silikon üretimiyle entegre edilemez." ifadelerini kullandı.

Dr. Myronov sözlerine şöyle devam etti: "Yeni CS-GoS kuantum malzememiz, dünya lideri hareketliliği endüstriyel ölçeklenebilirlikle birleştiriyor; pratik kuantum ve klasik büyük ölçekli entegre devrelere doğru atılmış kilit bir adım."

Araştırmacılar, ultra ince bir germanyum tabakasına kontrollü sıkıştırma gerilimi uygulayarak performans artışları elde etmeyi başardı. Bahsedilen işlem, elektrik yükünün akışını yavaşlatan kusurları azaltarak son derece saf ve düzenli bir kristal yapı oluşturuyor.

Yapılan ölçümler, malzemenin volt-saniye başına 7,15 milyon santimetrekarelik rekor bir boşluk (hole) hareketliliğine ulaştığını gösteriyor; anılan değer, standart endüstriyel silikondan katbekat yüksek ve modern çip üretimiyle uyumlu bir grup-IV yarı iletken için şimdiye kadar bildirilen en yüksek değer olma özelliği taşıyor.

İletkenlik Rekorunu Kırmak

Kanada Ulusal Araştırma Konseyi baş araştırma görevlisi Dr. Sergei Studenikin, elde edilen sonuçların küresel elektronik endüstrisinin merkezindeki malzemelerde "yük taşınımı için yeni bir ölçüt" belirlediğini söyledi.

Studenikin konuyla ilgili olarak, "Mevcut silikon teknolojisiyle tamamen uyumlu, daha hızlı, daha enerji verimli elektronik ve kuantum cihazlarına kapı açıyor." dedi.

Gelişme, çip üreticileri ve hükümetlerin geleneksel yarı iletken tasarımlarının sınırlarını aşmak için yarıştığı bir dönemde gerçekleşiyor. Daha yüksek hareketliliğe sahip malzemeler, üreticilerin enerji kullanımını azaltmasına, işlem hızlarını artırmasına ve kuantum hesaplama, yapay zeka ve gelişmiş veri merkezlerinin ortaya çıkan taleplerini desteklemesine yardımcı olabilir.

Warwick-Kanada ekibi, CS-GoS platformunun gelecekteki kuantum bilgi sistemleri, spin tabanlı kübitler, kriyojenik kontrol devreleri ve ultra düşük güçlü işlemciler için bir temel oluşturabileceğini söylüyor. Malzeme doğrudan silikon üzerine inşa edildiği için, araştırmacılar yeni cihazların mevcut üretim altyapısı kullanılarak üretilmesine, maliyetlerin düşürülmesine ve dağıtımın hızlandırılmasına olanak tanıyacağını belirtiyor.

Bulgular ayrıca Birleşik Krallık'ın gelişmiş yarı iletken malzeme araştırmalarındaki rolünü genişletme çabasını da güçlendiriyor. Warwick Yarı İletkenler Araştırma Grubu, gerilimli katman germanyum teknolojilerini geliştirmek için yıllarını harcadı ancak araştırmacılar son sonuçların bugüne kadarki en önemli kilometre taşını temsil ettiğini ifade ediyor.

Ekip, malzemeyi geliştirmeye ve potansiyel cihaz mimarileri üzerinde ortaklarla işbirliği yapmaya devam etmeyi planlıyor. Ticari uygulamalar hala birkaç yıl uzakta olsa da, bilim insanları rekor kıran performansın, silikon uyumlu kuantum malzemelerin hala kullanılmamış bir potansiyele sahip olduğunu gösterdiğini vurguluyor.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/fastest-ever-quantum-semiconductor