دانشمندان یک ماده ابراتمی (سوپراتمیک) را کشف کرده‌اند که ظاهراً سریع‌ترین و کارآمدترین نیمه‌رسانای تاریخ است. این ماده جدید می‌تواند انرژی را بسیار سریع‌تر از سیلیکون منتقل کند. نیمه‌رساناها درواقع قلب تپنده دستگاه‌های الکترونیکی هستند و تا پیش‌ازاین سیلیکون نقش سریع‌ترین نیمه‌رسانا را به‌عهده داشت.

براساس مقاله منتشرشده در Science، دانشمندان دانشگاه کلمبیا ماده نیمه‌رسانای جدیدی را کشف کرده‌اند که به نظر می‌رسد از هر ماده دیگری بهتر باشد. این ماده که با نام علمی Re₆Se₈Cl₂ شناخته می‌شود ترکیبی از عناصر رنیوم، سلنیوم و کلر است. وقتی چند اتم‌ در کنار هم قرار می‌گیرند، مانند یک اتم بزرگ یا یک ابراتم رفتار می‌کنند و سرعت آن‌ها بسیار بیشتر می‌شود.

تا پیش از این کشف، سیلیکون در دنیای نیمه‌رساناها حاکم بود. این ماده اساس ترانزیستورها و مدارهای مجتمع یا IC را تشکیل می‌دهد؛ به عبارتی بن‌مایه تمام گوشی‌های هوشمند و حتی ابرکامیپوترها از همین مواد شکل گرفته است.

عملکرد ماده ابراتمی جدید، در نقش سریع‌ترین نیمه‌رسانا تاریخ

در هر ماده‌ای، ساختارهای اتمی ارتعاشات ریزی ایجاد می‌کنند. این ارتعاشات درقالب ذرات کوانتومی به نام فونون جابه‌جا می‌شوند. این ارتعاشات می‌تواند ذرات حامل انرژی مانند الکترون‌ها یا اکسیتون‌ها را پراکنده کند. این انرژی نیز به سرعت به گرما تبدیل می‌شود و از بین می‌رود. مدیریت این انرژی، یکی از مسائل همیشگی در طراحی تراشه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی است.

اما گویا Re₆Se₈Cl₂ با ترفند کوچکی می‌تواند این مسئله را برطرف کند. اکسیتون‌ها هنگام برخورد با فونون‌ها پراکنده نمی‌شوند، بلکه در واقع به آن‌ها متصل می‌شوند و شکل دیگری از شبه‌ذره‌ای به نام اکسیتون-پلارون صوتی را ایجاد می‌کنند. این شبه‌ذره‌ها هنوز هم می‌توانند انرژی حمل کنند، اما بسیار آهسته‌تر از اکسیتون‌های معمولی حرکت می‌کنند؛ به‌شکل غیرمنتظره‌ای، این حرکت آهسته در نهایت منجر به سرعت‌های سریع‌تر از سیلیکون می‌گردد.

محققان از داستان قدیمی لاک پشت و خرگوش برای مقایسه این شبه‌ذره و الکترون استفاده می‌کنند. الکترون‌ها می‌توانند خیلی سریع از طریق سیلیکون حرکت کنند، اما تمایل دارند در سراسر مکان بجهند، که این جهش‌ها کارآمد نخواهد بود. اما پلارون‌های Re₆Se₈Cl₂ با آنکه کندتر هستند ولی تحت‌تأثیر سایر فونون‌ها قرار نمی‌گیرند، بنابراین در طول زمان دورتر و پیوسته‌تر حرکت می‌کنند.

درواقع، محققان دریافته‌اند که پلارون‌های Re₆Se₈Cl₂ تقریباً دو برابر سریع‌تر از الکترون‌های موجود در سیلیکون حرکت می‌کنند چون می‌توان آن‌ها را به جای برق با نور کنترل کرد. محققان تخمین می‌زنند که دستگاه‌های الکترونیکی که با با این ماده ساخته می‌شوند احتمالاً بتوانند شش برابر سریع‌تر از دستگاه‌های موجود عمل کنند.

متأسفانه، نباید انتظار داشت به این زودی‌ها پردازنده‌های پرسرعتی با این مواد جدید ساخته شود. محققان می‌گویند بعید است که این ترکیب خاص هرگز وارد بازار شود. رنیوم عنصر بسیار کمیاب و گرانی است. بااین‌حال، پس از اثبات سرعت این نیمه‌رسانای جدید، محققان بر این‌ باورند که شاید بتوان با مواد مشابه و ارزان‌تر قطعاتی با رفتار مشابه ساخت.