«Станен сможет повысить скорость и снизить энергозатраты будущих поколений микросхем — если наши прогнозы подтвердятся в ходе экспериментов, которые сейчас проводятся в нескольких лабораториях по всему миру», — рассказывает глава исследовательской группы Шоучэн Чзан (Shoucheng Zhang), профессор физики Стэнфордского университета.
«Магия топологических изоляторов в том, что по самой природе своей они заставляют электроны двигаться по отдельным «полосам» без ограничения скорости — как на немецких автобанах. Как только электроны попадают на «скоростную автостраду» — края или поверхности — они не встречают никакого сопротивления», — рассказывает Чзан.
В 2006 и 2009 году группа Чзана предположила, что лучшим топологическим изолятором будет теллурид ртути, а также несколько комбинаций висмута, сурьмы, селена и теллура — и чужие эксперименты подтвердили их правоту. Однако ни один из этих материалов не способен качественно проводить электричество при комнатной температуре, что ограничивает их коммерческий потенциал.
В начале этого года приглашенный профессор Юн Сюй (Yong Xu), сейчас работающий в университете Циньхуа (Пекин), вместе с группой Чзана стал изучать свойства одноатомного слоя чистого олова.
«Мы знали, что стоит рассмотреть элементы на нижней правой части периодической таблицы элементов. Все предыдущие топологические изоляторы работали с тамошними тяжелыми и богатыми электронами элементами», — рассказывает Сюй.
Расчеты ученых показали, что единичный слой олова будет служит хорошим топологическим изолятором при комнатной температуре. А если добавить туда атомы фтора, то его эксплуатационный диапазон повысится как минимум до 100 градусов по Цельсию.
Для начала станен-фторный материал пригодится для проводки, соединяющей множество частей микропроцессора, позволяя электронам течь так же свободно, как машинам по автостраде. Все скопления «автомобилей» уйдут к «съездам» и «выездам», изготовленным из обычных проводников. Станеновая проводка позволит серьезно снизить энергопотребление и теплообразование микропроцессоров.
Однако в производстве станена ожидается немало трудностей — будет нелегко обеспечить осаждение ровного одного слоя олова и сохранение его в неповрежденном виде при высокой температуре, необходимой для изготовления микросхем.
«Со временем станен может найти себе применение в самых разных электросхемах, даже заменить кремний в транзисторах. Кто знает, не придется ли переименовать Кремниевую долину в Оловянную долину», — заявил Чзан.