Vanadiumoxidbronze:En erstatning for silicium i mikrochips?

(Phys.org)—Få moderne materialer har opnået siliciums berømmelse, et nøgleelement i computerchips og navnebror for Silicon Valley, hjemsted for nogle af verdens mest fremtrædende teknologivirksomheder.

Den næste generation af computere, imidlertid, stoler måske ikke så meget på silicium.

Forskere fra University at Buffalo er blandt videnskabsmænd, der arbejder på at identificere materialer, der en dag kan erstatte silicium for at gøre computeren hurtigere. Deres seneste fund:En vanadiumoxidbronze, hvis usædvanlige elektriske egenskaber kunne øge hastigheden, hvormed information overføres og lagres.

I Avancerede funktionelle materialer , forskerholdet rapporterer, at de har syntetiseret nanotråde lavet af vanadiumoxid og bly.

Grunden til, at disse nanotråde er så specielle, er, at de udfører et sjældent trick:Når de udsættes for en påført spænding nær stuetemperatur, ledningerne omdannes fra isolatorer, der er modstandsdygtige over for at transportere elektricitet, til metaller, der lettere leder elektricitet.

Hver af disse to tilstande - isolator og metal - kunne stå for et 0 eller 1 i den binære kode, som computere bruger til at kode information, eller for "on" og "off", som maskinerne bruger til at lave beregninger.

"Evnen til elektrisk skifte disse nanomaterialer mellem tændt og slukket tilstand gentagne gange og ved højere hastigheder gør dem nyttige til computere, " sagde undersøgelsens medforfatter Sambandamurthy Ganapathy, en UB lektorer i fysik.

"Silicon computing-teknologi støder op mod nogle fundamentale vejspærringer, inklusive skiftehastigheder, " tilføjede Sarbajit Banerjee, en anden medforfatter og en UB-lektor i kemi. "Den spændingsinducerede faseovergang i det materiale, vi skabte, giver en måde at lave den switch ved en højere hastighed."

Som med andre nanomaterialer, sundheds- og miljøpåvirkningerne af nanotrådene skal undersøges, før de bliver brugt udbredt, især da de indeholder bly, Banerjee advarede.

Banerjee og Ganapathy overvågede undersøgelsen, som udkom online 17. august i tidsskriftet Advanced Functional Materials. UB kemi PhD-studerende Peter Marley var hovedforfatter. Andre bidragydere inkluderer Peihong Zhang, en UB-lektor i fysik, og studerende fra Ganapathys forskningsgruppe.

Et spændende kendetegn ved det materiale, de syntetiserede, er, at det kun udviser værdifulde elektriske egenskaber i nano-form. Det er fordi nanomaterialer ofte har færre defekter end deres mere omfangsrige modstykker, Banerjee og Marley forklarede.

I tilfælde af bly-vanadiumoxid-nanotråde, ledningernes karakteristiske struktur er afgørende for deres evne til at skifte fra en isolator til et metal.

Specifikt, i isolatorfasen, ledningens position i nanotrådenes krystallinske struktur inducerer puljer af elektroner til at samle sig på udpegede steder. Når der påføres en spænding, disse puljer går sammen, lader elektricitet flyde frit gennem dem alle og omdanner materialet til et metal.

"Når materialer dyrkes i løs vægt, der er mange fejl i krystallerne, og du ser ikke disse interessante egenskaber, " sagde Marley. "Men når du dyrker dem på nanoskala, du står tilbage med et mere uberørt materiale."