有史以来最快半导体可大幅提升计算机芯片速度

作者：李惠钰 来源：中国科学报

一种“超原子”材料已经成为已知速度最快的半导体，并可能使计算机芯片的速度提高数百或数千倍。近日，美国哥伦比亚大学的Milan Delor和同事在一种化学式为Re6Se8Cl2的材料中发现了这种更快、更高效的半导体，它由铼、硒和氯组成。相关论文发表于《科学》。

传统的半导体电路板是用硅制成的。图片来源：aPhoenix photographer/Shutterstock

实际上，被称为激子的粒子在这种材料中的移动速度比电子在硅中的移动速度要慢，但至关重要的是，它们以箭头直线移动，因此它们移动相似距离的速度要快得多。

计算机芯片晶体管中使用的硅半导体依靠电子流来传输数据，但这些粒子往往会疯狂地散射，以热量的形式浪费能量，并减慢数据从A到B的时间。

如果用这种新材料制造使用激子而不是电子的晶体管，那么它们就可以从晶体管的一侧移动到另一侧而不会发生散射，这将使它们从A到B的速度比硅片中的电子快100到1000倍。

“借助新材料，原则上晶体管的开关速度可以达到数百千兆赫甚至太赫兹。”Delor说，“我们预测性能的提升将是巨大的。”

Delor说，使用这种材料的计算机芯片还需要几十年的时间。工程师需要花几十年时间来完善硅片的制造技术，而改用新材料基本上会让他们回到原点。铼是地壳中最稀有的元素之一，而硅是第二丰富的元素，因此使用Re6Se8Cl2制造的芯片可能会用于航天器和量子计算机等。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adf2698