Stanen: supravodivý cín s vlastnostmi grafenu

Karel Javůrek  |  Věda

Grafen umožňuje v rámci jednoatomové vrstvy pohyb elektronů takřka bez odporu. Vědci ale objevili podobnou vlastnost i u cínu, který to zvládne i při vyšších teplotách.

Použití grafenu jako ultimátního materiálu pro elektroniku je zatím stále ve fázi výzkumu, přičemž jeho výroba je stále levnější. Grafen však není jediný zázračný materiál, který by mohl mít v budoucnu velký význam pro obvody, kterými prochází elektrony.

Hlavní a velmi důležitá vlastnost pro přesun elektronů je minimální odpor, s čímž souvisí i minimální ztráty při spotřebě a takřka žádné zahřívání v důsledku přenosu.

Stanen: supravodivý cín

Vědci z národní laboratoře DOE a Stanfordské univerzity ve spolupráci s dalšími týmy z celého světa vyzkoumali nový druh materiálu, který nabízí velmi zajímavé vlastnosti podobné grafenu.

Nový supermateriál dostal označení Stanene, který kombinuje latinské označení pro cín a koncovku jakou používá grafen (anglicky Graphene). Jedná se o jednoatomovou vrstvu, která obsahuje klasické atomy cínu, ke kterým jsou přidány atomy fluoru.

Tým pod vedením profesora Shouchenga Zhanga zkoumá vlastnosti elektronů v materiálu poslední desetiletí, především v kombinaci s topologickými izolátory, které mají po stranách takřka nulový odpor.

A právě na tomto principu nový materiál funguje. Po obou stranách jednoatomové vrstvy stanenu se elektrony pohybují zcela bez odporu a to i při teplotách blížících se sto stupňů celsia. Tento parametr je obzvláště důležitý pro případné nasazení u elektronických obvodů a složitějších čipů, které se zahřívají na podobné teploty.

Jednoatomová vrstva atomů cínu s fluorem se supravodivými okraji pro rychlý přenos elektronů. Zdroj: SLAC
Jednoatomová vrstva atomů cínu s fluorem se supravodivými okraji pro rychlý přenos elektronů. Zdroj: SLAC

Zatím teoretický výzkum, na experimentech se pracuje

Topologické izolátory využívají komplexního chování mezi elektrony a těžkými atomovými jádry. Tyto jednoatomové vrstvy materiálů pak drží elektrony na okrajích, které si lze představit jako dálnice, na nichž elektrony mohou procházet bez odporu a tedy maximální rychlostí bez negativních efektů v podobě ztrátového tepla nebo vyšší spotřeby.

Zhang už v minulosti dokončil výzkum s prvky jako rtuť a tellur, bismut, antimon nebo selen, u kterých byly nakonec výjimečné vlastnosti v experimentech prokázány, ale nikoli při pokojových teplotách.

Samozřejmostí je ale využití dostupnějších a levnějších prvků, které jsou navíc bezpečnější a také poskytují supravodivé vlastnosti i při pokojové nebo vyšší teplotě. Podle simulací a výpočtů by stanen takové parametry měl nabídnout a lze předpokládat, že stejně jako u starších materiálů i zde bude při experimentální výrobě možné těchto parametrů dosáhnout.

Potenciální náhrada křemíku

Pokud bychom chtěli nahradit křemík při výrobě čipů, narazíme na problémy stejně jako u grafenu – kromě vodivosti je potřeba vyřešit schopnost polovodičových vlastností, které umožní efektivně a přesně přepínat mezi stavem 0 a 1. A tak daleko ve výzkumu stanen ještě není, kompletní náhrada v tranzistorech ale není vyloučena.

Stanen ale může být velmi levnou možností, jak v čipech vytvořit jednotlivé cesty a spojení bloků nebo tranzistorů, přes které budou elektrony putovat maximální rychlostí a bez odporu. Čipy zpracovávají stále větší objem dat a propustnost je tak klíčovou vlastností.

Vzhledem k tomu, že stanen zvládne pracovat i při vyšších teplotách, může se stát součástí běžných čipů. Oproti současnému řešení by tak mohly být čipy úspornější a budou se výrazně méně zahřívat.

Nejčtenější