Przez dekady branża technologiczna była na wspaniałej passie zwycięstw: rób komponenty mniejsze, zarabiaj więcej, powtarzaj. Teraz naukowcy z TU Wien odkryli, że następny wielki krok – użycie materiałów 2D, takich jak grafen czy disiarczek molibdenu – może uderzyć w dosłowną atomową ścianę. Konkretnie, w szczelinę o wielkości około 0,14 nanometra, która jest cieńsza niż pojedynczy atom siarki i około 700 razy mniejsza niż wirus SARS-CoV-2. Ale nie dajcie się zwieść rozmiarom: ta mikroskopijna pustka może być imprezowym cenzorem, który powstrzyma dalsze miniaturyzowanie przyszłych układów scalonych.
Oto problem, jak wyjaśniają profesorowie Mahdi Pourfath i Tibor Grasser: materiały 2D są świetne, ale nie działają same. Potrzebujesz warstwy izolacyjnej (zwykle tlenku), aby zrobić tranzystor. A kiedy te dwie warstwy się spotykają, niekoniecznie się tulą. Zamiast tego są trzymane razem przez słabe siły van der Waalsa, pozostawiając małą szczelinę, która osłabia sprzężenie pojemnościowe. Innymi słowy, nieważne jak niesamowity jest materiał 2D, ta szczelina staje się gąbką zabawy, która ogranicza miniaturyzację.
Badania zespołu sugerują, że wiele studiów było zbyt zajętych zachwycaniem się właściwościami samych materiałów 2D, ignorując niezręczne interfejsy, które tworzą w rzeczywistych urządzeniach. To przeoczenie może doprowadzić przemysł półprzewodnikowy do wydania miliardów na podejścia, które z fundamentalnych fizycznych powodów po prostu nie zadziałają. Bo nic tak nie mówi „wydajne B+R” jak odkrycie podstawowej wady po wydaniu pieniędzy.
Ale jest promyk nadziei: „materiały zamka błyskawicznego”. Są to systemy, w których warstwa półprzewodnika i izolatora wiążą się ściślej, eliminując szczelinę. Naukowcy twierdzą, że to może uratować sytuację – jeśli przemysł zacznie projektować obie warstwy razem od początku. W przeciwnym razie ryzykują inwestycją w ślepą uliczkę. Więc lekcja jest jasna: sprawdź swoje atomowe szczeliny, zanim wypiszesz duży czek.