اكتشاف بديل للنحاس المستخدم في رقائق الكمبيوتر

طوّر فريق من الباحثين نوعا جديدا من الأسلاك النانوية مصنوعا من مادة زرنيخيد النيوبيوم (NbAs)، قد يشكل بديلا للنحاس المستخدم حاليا في توصيل مكونات رقائق الحاسوب مما يمهد الطريق لتطوير شرائح إلكترونية أسرع وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.

أظهرت دراسة أجراها باحثون من جامعة كورنيل، أن هذه المادة الكمومية تتمتع بخاصية غير مألوفة؛ إذ تتحسن قدرتها على توصيل الكهرباء كلما صغر حجمها، على خلاف النحاس الذي تزداد مقاومته الكهربائية عند تصغير أبعاده إلى المستوى النانوي، ما يحد من كفاءته في الرقائق الحديثة.

تؤدي الأسلاك الدقيقة داخل الرقائق الإلكترونية دورا محوريا في نقل الإشارات بين الترانزستورات، وهو ما يجعل كفاءة التوصيل عاملا أساسيا في أداء المعالجات ، ورغم أن النحاس ظل المادة المفضلة في صناعة أشباه الموصلات منذ أواخر تسعينيات القرن الماضي، فإن تصغير حجم الرقائق كشف عن تحديات متزايدة، أبرزها ارتفاع المقاومة الكهربائية نتيجة ازدياد اصطدام الإلكترونات بسطح الأسلاك الدقيقة.

أما زرنيخيد النيوبيوم، فينتمي إلى فئة المواد الكمومية الطوبولوجية، التي تسمح للإلكترونات بالانتقال عبر سطحها بسرعة أكبر مع فقدان أقل للطاقة. ويزداد هذا التأثير مع انخفاض قطر السلك، ما يمنح المادة أداءً كهربائيًا يتفوق على النحاس في المقاييس النانوية.

استخدم الباحثون تقنية التشكيل النانوي الحراري الميكانيكي لإنتاج هذه الأسلاك، التي مكّنتهم من تصنيع أسلاك أحادية البلورة بقطر يبلغ نحو 10 نانومترات، مع إمكانية دمجها مستقبلا في رقائق السيليكون ، ويرى فريق البحث أن هذه النتائج قد تسهم في تجاوز القيود الفيزيائية التي باتت تواجه النحاس، وتمهد الطريق لتصميم جيل جديد من الرقائق الإلكترونية يتميز بسرعة أعلى وكفاءة أكبر في استهلاك الطاقة.