Új anyagok a jövő számítógépéhez

Milan Radovic a Svájci Fényforrás (SLS) Interfész- és Felületi Spektroszkópia (SIS) Sugárnyalábának munkatársa. Szerbiában, Belgrádi Egyetemen tanult alkalmazott fizikát, ahol kutatói pályafutását az Atomfizikai Tanszéken kezdte. 2009-ben szerezte meg a doktori fokozatát a Nápolyi Egyetemen, Olaszországban. 2003-ban meghívást kapott, hogy kétállású pozíciót töltsön be az EPFL Lausanne és a PSI intézménynél, ahol 2013 óta munkatársként dolgozik. (Fotó: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic)

Milan Radovic és Eduardo Bonini Guedes (jobbra) a Kvantumanyagok Spektroszkópiai Csoportjától a SIS sugárnyaláb vonalán a Svájci Fényforrás SLS szinkrotronban. (Fotó: Paul Scherrer Intézet/Mahir Dzambegovic) / Milan Radovic és Eduardo Bonini Guedes a Kvantumanyagok Spektroszkópiai Csoportjától a SIS sugárnyaláb vonalán a Svájci Fényforrás SLS szinkrotronban. (Fotó: Paul Scherrer Intézet/Mahir Dzambegovic)

Új anyagok forradalmasíthatják a számítástechnikai technológiát. A Paul Scherrer Intézet PSI kutatói a Svájci Szinkrotron Fényforrás SLS vizsgálataival fontos mérföldkőhöz értek ebben az irányban.

A mikrochipek szilíciumból készülnek, és félvezető fizikai elven működnek. Ez azóta nem változott, mióta az amerikai Bell-laboratóriumokban 1947-ben feltalálták a tranzisztort. A kutatók folyamatosan jósolták a szilíciumkorszak végét – és tévedtek. A szilícium-technológia él és gyorsan fejlődik. Most az IT-óriás IBM bemutatta az első mikroprocesszort, amelyben a tranzisztorstruktúrák mindössze két nanométeresek, azaz 20 atom egymás mellett. Mi jön ezután? Még kisebb szerkezetek? Valószínűleg igen – legalábbis ebben a évtizedben.

Ugyanakkor a kutatólaborokban ötletek formálódnak egy új technológiához, amely mindent megváltoztathat, amit eddig a mikroelektronikáról hittünk. Ennek egyik ragyogó példája Milan Radovic csapata. Ma Milan Radovic a Paul Scherrer Intézettől a Communication Physics folyóiratban bemutatott figyelemre méltó kutatási eredményt a transzparens oxidokról (TO), amely nagy lépést jelenthet ezen az új technológiánál.

Újszerű mikrochipek

Radovic és társai, Muntaser Naamneh és Eduardo Guedes, valamint Bharat Jalan a Minnesota Egyetemről, az USA-ból, nem szilíciumot, hanem átmeneti fémoxidokat (TMO) vizsgálnak. Különleges és többfunkciós jelenségeket mutatnak be, mint például magas hőmérsékleti szupervezetés, kolosszális mágneses magnetoresisztív effektus, fém-izolátor átmenet és sok más. Ami elsőre zavarosnak tűnhet laikus számára, óriási fejlődést ígér a jövő chiptechnológiájában.

Az aktuális publikációjukban a kutatók a BaSnO3 bárium-cín-oxidra összpontosítanak, amely optikai átlátszóságot és magas elektromos vezetőképességet ötvöz.

Egy ideje a kutatók átmeneti fémoxidokat, valamint kifejezetten transzparens oxidokat, mint a BaSnO3 és SrSnO3, próbálnak félvezető-szerű tulajdonságokat kicsalni. Szilíciummal szemben ez áttörést jelentene az optoelektronikai elemek terén: ezekkel az átlátszó és vezetőképes ún. perovszkitokkal kapcsolt kapcsolókészülékek hozhatók létre, amelyek elektronikus tulajdonságai közvetlenül összekapcsolódnak az optikai tulajdonságokkal. Így elképzelhetők olyan tranzisztorok, amelyeket fény segítségével lehet kapcsolni.

Határfelületek ismerete döntő fontosságú

Minden mikrochip különböző anyagok kombinációjából épül fel. Fontos tudni, mi történik ezeknek az anyagoknak a vékony határfelületein. Egyes anyagok felületén teljesen más fizikai tulajdonságok vannak, mint belsejükben. Valójában egzotikus anyagfázisok alakulhatnak ki az anyagok határán – ezt az eredményt kapták 2016-ban három brit fizikus Nobel-díjat a fizika területén. A most közzétett cikk jelentős előrelépést ír le a BaSnO3 felületének elektronikus tulajdonságainak megértésében.

Ehhez a Svájci Szinkrotron Fényforrás SLS egyik sugárnyalábján alkalmazott szögfelbontású fotoemissziós spektroszkópiát használták, „hogy feltárják a BaSnO3 két-dimenziós elektronikus állapotát, amely új perspektívákat nyit e anyagcsoport számára” – hangsúlyozza Eduardo Guedes.

Legjobb feltételek a spektroszkópiához a SLS-en

Az, hogy ez az eredmény éppen a PSI-n született, nem véletlen. A kutatóknál a PSI-n van egy labor, amely kifejezetten ilyen vékony filmek készítésére, módosítására és teljes körű vizsgálatára specializálódott. Emellett a PSI SLS-ével kiváló feltételek állnak rendelkezésre anyagok magas hely- és időbeli felbontású vizsgálatához. Ezek a spektroszkópiai módszerek a Svájci Kutatóközpont sajátosságai. Világszerte csak három hely van, ahol mindezek a feltételek együttesen adottak. Emellett szükség van a megfelelő tudásra és egy erőteljes kutatási infrastruktúrára. „A PSI-n összekapcsoljuk a megértést a kísérleti képességekkel” – mondja Radovic. A kutatók most azt szeretnék kideríteni, hogy milyen más anyagok mutatnak hasonló tulajdonságokat, és potenciális jelöltek lehetnek a jövő optikai mikrochipeihez.

A szilíciumtechnológia azonban nem tartozik a múltba, hangsúlyozza Milan Radovic. Ez fejlett és nagy teljesítményű. „De az átmeneti fémoxidokra alapozott technológia hatékonyabb és sokoldalúbb – eljön az ő idejük.”