ایسنا/ دانشمندان آلمانی ماده‌ای پیشگامانه ساخته‌اند که آلیاژی پایدار است و کربن، سیلیکون، ژرمانیم و قلع را با هم ترکیب می‌کند. آنها چهار عنصر از گروه چهارم جدول تناوبی را با هم ترکیب کرده‌اند تا ماده‌ای جدید طراحی کنند که می‌تواند آینده رایانش کوانتومی، میکروالکترونیک و فوتونیک را بازتعریف کند.

این آلیاژ نیمه‌هادی پایدار که از کربن (C)، سیلیکون (Si)، ژرمانیم (Ge) و قلع (Sn) ساخته شده است، توسط پژوهشگران مرکز تحقیقاتی یولیش که یکی از بزرگ‌ترین موسسات تحقیقاتی میان‌رشته‌ای در اروپا است و موسسه لایب‌نیتز برای میکروالکترونیک نوآورانه توسعه یافته است.

به نقل از آی‌ای، این ترکیب تازه ساخته شده با نام اختصاری CSiGeSn اولین ماده از نوع خود محسوب می‌شود. همچنین این ماده متعلق به همان گروه در جدول تناوبی است و به همین دلیل کاملا با فرایندهای استاندارد تولید تراشه‌های CMOS سازگار است.

دکتر دان بوکا، یکی از پژوهشگران مرکز یولیش می‌گوید: با ترکیب این چهار عنصر، ما به هدفی دیرینه دست یافتیم: ماده نیمه‌هادی نهایی از گروه چهارم جدول تناوبی.

پیشرفتی بزرگ در فناوری تراشه‌ها

این آلیاژ جدید گامی مهم در پیشرفت نیمه‌هادی‌ها به شمار می‌رود. در حالی که سیلیکون مدت‌هاست بر تولید تراشه‌ها تسلط دارد، اما هنگام یکپارچه‌سازی عناصر فوتونیکی یا کوانتومی به طور مستقیم روی تراشه با محدودیت‌هایی روبه‌روست.

در همین حال، ماده جدید امکان تنظیم دقیق ویژگی‌های الکترونیکی و نوری را فراتر از آنچه سیلیکون خالص می‌تواند ارائه دهد، فراهم می‌کند. همچنین با شبکه بلوری حساس ویفر که برای تولید تراشه‌ها ضروری است، سازگار باقی می‌ماند.

فقط عناصری از همان گروه سیلیکون می‌توانند ساختار بلوری را حفظ کنند. سایر عناصر باعث ایجاد اختلال در این ساختار می‌شوند. بسیاری از فناوری‌های نوری مبتنی بر سیلیکون هنوز در حال توسعه هستند برای مثال می‌توان به لیزری اشاره کرد که در دمای اتاق نیز کار می‌کند.

ترکیب غیرممکن‌ها

دانشمندان سال‌ها با ترکیب سیلیکون، ژرمانیم و قلع برای ساخت دستگاه‌های اپتوالکترونیکی مانند لیزرها، ال‌ای‌دی‌ها و فوتودیودها آزمایش انجام داده‌اند. با این حال، به دلیل اندازه بسیار کوچک‌تر اتمی کربن و رفتار پیوندی متفاوت آن نسبت به قلع، افزودن کربن برای مدت‌ها تقریبا غیرممکن تصور می‌شد.

راهی برای نسل جدید تراشه‌ها

این ماده با کیفیت بالا اکنون درهای جدیدی را به روی ادغام قابلیت‌های کاملا نوین در تراشه‌ها باز می‌کند، مانند لیزرهایی که در دمای اتاق کار می‌کنند، ترموالکتریک‌های با بهره‌وری بالا برای فناوری‌های پوشیدنی و حتی اجزای کوانتومی برای سیستم‌های محاسباتی آینده.

به گفته دانشمندان، یکی از دستاوردهای مهم موفقیت در ساخت اولین دیود نوری (LED) مبتنی بر ساختار موسوم به «چاه کوانتومی» است که از هر چهار عنصر تشکیل شده است. این ماده ترکیب منحصربه‌فردی از ویژگی‌های نوری قابل تنظیم و سازگاری با سیلیکون را ارائه می‌دهد.