O echipă de cercetători din Germania a reușit să creeze un material complet nou, considerat până acum un „material imposibil de fabricat”, deschizând calea către o nouă eră a semiconductorilor, laserelor și tehnologiei cuantice.
Noul aliaj, denumit CSiGeSn, combină în mod stabil patru elemente cheie din grupa a IV-a a tabelului periodic: carbon, siliciu, germaniu și staniu. Timp de decenii, oamenii de știință au crezut că o astfel de combinație este nerealizabilă din cauza diferențelor uriașe dintre dimensiunile atomice și comportamentele de legătură ale elementelor.
Realizarea aparține unei colaborări între savanți de la Forschungszentrum Jülich și Institutul Leibniz pentru Microelectronică Inovatoare (IHP). Aceștia au depășit o barieră fundamentală în știința materialelor.
„Prin combinarea acestor patru elemente, am realizat ceea ce mulți credeau imposibil: semiconductorul suprem din grupa a IV-a. Aceasta deschide o serie de noi aplicații, de la lasere și fotodetectoare la circuite cuantice și dispozitive termoelectrice.”, a declarat dr. Dan Buca de la Forschungszentrum Jülich, unul dintre autorii principali ai studiului.
Provocarea majoră a fost integrarea atomilor de carbon, care sunt extrem de mici, cu atomii de staniu, mult mai mari, într-o rețea cristalină uniformă. Folosind un proces de înaltă precizie, cunoscut sub numele de depunere chimică din vapori (CVD), echipa a reușit să creeze un material de înaltă calitate, depășind limitările fizice.
Un „material imposibil”, dar în compatibilitate totală cu tehnologia actuală
Poate cel mai important aspect al descoperirii este că noul material este pe deplin compatibil cu tehnologia existentă de fabricare a cipurilor, cunoscută sub numele de CMOS.
Această compatibilitate este crucială, deoarece elimină unul dintre cele mai mari obstacole în calea comercializării. Producătorii vor putea crea componente electronice avansate folosind infrastructura actuală, ceea ce ar putea accelera masiv adoptarea pe piață.
Carbonul schimbă regulile jocului
Adăugarea carbonului în acest aliaj permite un control fără precedent asupra unei proprietăți esențiale numită „band gap” (banda interzisă), care dictează modul în care un material se comportă în aplicații electronice și optice.
Datorită acestei capacități de reglaj fin, tehnologii care păreau îndepărtate, precum laserele eficiente la temperatura camerei, senzorii optici ultrasensibili sau dispozitivele termoelectrice care recuperează energia irosită, ar putea deveni nu doar posibile, ci și scalabile pentru producția de masă.
„Materialul oferă o combinație unică de proprietăți optice reglabile și compatibilitate completă cu siliciul. Acest lucru pune bazele pentru componente fotonice, termoelectrice și cuantice scalabile.”, a adăugat prof. dr. Giovanni Capellini de la IHP.
Deoarece aliajul a fost creat folosind unelte și procese standard în industrie, importanța descoperirii depășește granițele laboratorului, având un potențial imens de a fi implementată în aplicații comerciale într-un viitor apropiat.
