Deeltjes schieten honderd tot duizend keer sneller door een ‘superatomair’ halfgeleidermateriaal dan elektronen door een siliciumchip. Dat biedt zicht op supersnel schakelende transistoren.
Onderzoekers ontdekten dat een ‘superatomair’ materiaal de snelste halfgeleider is die we tot nu toe kennen. In dit materiaal vormen de atomen groepjes die zich als geheel in sommige opzichten nog steeds gedragen als afzonderlijke atomen. Met deze stof kunnen we computerchips maken die honderd tot duizend keer zo snel zijn als de chips die nu verkrijgbaar zijn.
De silicium-halfgeleiders in huidige transistors in computerchips maken gebruik van de stromende elektronen om gegevens over te brengen. Een nadeel hiervan is dat elektronen de neiging hebben om alle kanten op te vliegen, waardoor ze energie verspillen in de vorm van warmte. Ook is informatie langer onderweg van A naar B door deze verstrooiing van de elektronen.
Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...
Scheikundige Milan Delor van de Colombia-Universiteit in New York en zijn collega’s hebben een snellere en efficiëntere halfgeleider ontdekt. Dit materiaal is superatomair en bestaat uit de elementen renium, seleen en chloor (molecuulformule: Re6Se8Cl2). Het onderzoek is recent gepubliceerd in Science.
Rechte lijn
Deeltjes die excitonen genoemd worden, bewegen langzamer door dit superatomaire materiaal dan elektronen door silicium bewegen. Maar in tegenstelling tot elektronen bewegen excitonen in rechte lijnen, waardoor ze eenzelfde afstand veel sneller kunnen overbruggen.
Als het wetenschappers lukt om met dit nieuwe materiaal een transistor te maken die excitonen gebruikt in plaats van elektronen, dan zouden die zonder verstrooiing van de ene kant naar de andere kant van de transistor kunnen bewegen. Daardoor kunnen ze tussen de honderd en duizend keer zo snel van A naar B reizen als elektronen in een siliciumchip.
Zeldzaam
‘Als je in een gigahertzprocessor de siliciumchip zou vervangen door een chip met het nieuwe materiaal, dan zou je transistor een schakelsnelheid van honderden gigahertz of misschien zelfs een terahertz kunnen bereiken’, zegt Delor. ‘We verwachten dat de prestatiewinst enorm zal zijn.’
Een werkende computerchip met dit nieuwe materiaal zal nog tientallen jaren op zich laten wachten, zegt Delor. Technici hebben ook decennia nodig gehad om de productietechnieken voor siliciumchips te optimaliseren. De overstap op een nieuw materiaal zal hen in feite terug naar af sturen.
