halvleder mikrochip

Vidundermateriale løser to store utfordringer ved teknologi

Nytt kjemisk materiale kan revolusjonere morgendagens teknologi. Vidundermiddelet løser nemlig to store utfordringer.

Nytt kjemisk materiale kan revolusjonere morgendagens teknologi. Vidundermiddelet løser nemlig to store utfordringer.

Jonas Svidras/Unsplash

Silisium dominerer moderne teknologi fordi materialet egner seg så godt til å binde atomer – og så er det billig og enkelt å utvinne.

Teknologihovedstaden Silicon Valley har fått navnet nettopp fordi teknologien bygger på silisium, i transistorer og databrikker.

Men det er et par problemer med stoffet.

En av de tingene datamaskinen må kjøle ned, er såkalte halvledere, som ofte er lagd av grunnstoffet silisium. Silisium leder nemlig ikke varme så godt. Det øker risikoen for overoppheting i blant annet datamaskiner, noe som gjør at de gjerne trenger dyre og ofte bråkete kjølesystemer.

Silisium gir også en annen utfordring. Selv om stoffet er perfekt til å la elektroner suse gjennom seg, så har det problemer med å utnytte såkalte elektronhull. Dette er steder der det mangler et elektron i et atom eller et atomgitter, og disse hullene er viktige i noen typer databrikker.

halvleder mikrochip

Kubisk borarsenid vil revolusjonære framtidens halvledere og databrikker, mener forskere.

© Jonas Svidras/Unsplash

Nå har en internasjonal forskergruppe fra blant annet det anerkjente Massachusetts Institute of Technology (MIT), universitetet i Houston og 13 andre institusjoner kanskje løst disse vanskene. De har faktisk funnet en sterk konkurrent til silisium i et materiale som kalles kubisk borarsenid.

Unikt vidundermateriale

Materialet har høy mobilitet for både elektroner og de såkalte hullene, slik at de kan bevege seg gjennom strukturen. Kubisk borarsenid kan nemlig lede strøm gjennom både elektroner og hull, og dermed øke effektiviteten i halvlederen kraftig. Det er det som er med på å gjøre det nye materialet unikt, mener forskerne.

Kubisk borarsenid gitter

Oppbygningen hos kubisk borarsenid gjør det ideelt til blant annet å lede strøm gjennom både elektroner og «hull», noe som øker effektiviteten.

© Christine Daniloff/MIT

Den perfekte varmelederen

Forskergruppen er så begeistret for det nye materialets egenskaper at de kaller det for det beste halvledermaterialet som noen gang er funnet. Faktisk er ledningsevnen ti ganger større enn for silisium.

Dessuten er kubisk borarsenid unikt fordi det leder varme så godt.

«Varme er nå en stor flaskehals for mange elektronikkprodukter», forklarer en av MIT-forskerne som står bak oppdagelsen, Jungwoo Shin.

«Silisiumkarbid erstatter akkurat nå silisium i elektronikk hos store elbilprodusenter, blant annet Tesla, siden det har tre ganger så høy varmeledningsevne til tross for lavere elektrisk mobilitet. Forestill deg hva borarsenid kan oppnå med ti ganger så høy termisk ledningsevne og mye høyere mobilitet enn silisium. Det kan snu opp ned på alt.»

Kubisk borarsenid krystal

Slik ser kubisk borarsenid ut når det krystalliseres. Materialet er blant annet fremragende til å lede varme slik at det ikke oppstår overoppheting i for eksempel datamaskiner.

© University of Houston

Veien mot bærekraftig teknologi

Neste skritt i arbeidet med kubisk borarsenid er å finne en praktisk måte å produsere materialet på i større mengder enn det som er mulig i dag.

Selv om både bor og arsen er ganske vanlige grunnstoffer, mener forskerne at det kan være vanskelig å få de ulike selskapene til å skifte ut et så dominerende materiale som silisium med kubisk borarsenid.

Nå håper forskerne imidlertid at selskapene og resten av verden får øynene opp for kubisk borarsenid, det nye vidundermaterialet i moderne teknologi.

Dersom kubisk borarsenid blir vanlig i framtidens teknologi, så vil det redusere behovet for blant annet vifter, og dermed også gjøre teknologien billigere og mer bærekraftig.