علماء من جامعة وارويك ومجلس البحوث الوطني الكندي حققوا أعلى قدرة حركة للثقوب تم قياسها على الإطلاق في مادة متوافقة مع السيليكون. باستخدام طبقة جرمانيوم مشوهة تحت الضغط على السيليكون، وصلوا إلى 7.15 مليون سم² لكل فولت-ثانية. هذا الاختراق يعد بإلكترونيات أسرع وأبرد وتقدم في الأجهزة الكمومية.
السيليكون يدعم معظم أجهزة أشباه الموصلات الحديثة، لكن مع تصغير المكونات، تنتج حرارة أكثر وتصل إلى حدود الأداء. الجرمانيوم، الذي استخدم في ترانزستورات أوائل الخمسينيات، يجذب الانتباه لخصائصه الكهربائية الأفضل مع توافقه مع عمليات تصنيع السيليكون.
في دراسة نشرت في Materials Today، طور فريق بقيادة الدكتور ماكسيم ميرونوف في جامعة وارويك طبقة جرمانيوم رقيقة على المقياس النانوي على السيليكون تحت تشوه ضغطي. هذا الهيكل يسمح للشحنة الكهربائية بالتحرك بمقاومة ضئيلة، متجاوزاً أي مادة متوافقة مع السيليكون سابقة.
زرع الباحثون طبقة جرمانيوم رقيقة على رقاقة سيليكون وطبقوا تشوهاً ضغطياً دقيقاً لإنشاء هيكل بلوري نقي. أظهرت الاختبارات قدرة حركة للثقوب بلغت 7.15 مليون سم² لكل فولت-ثانية، مقارنة بحوالي 450 سم² في السيليكون الصناعي القياسي. هذا يعني أن الشحنات تسافر بسهولة أكبر، مما يمكن تشغيل الأجهزة بشكل أسرع واستهلاك طاقة أقل.
الدكتور ماكسيم ميرونوف، أستاذ مشارك وقائد مجموعة بحوث أشباه الموصلات في جامعة وارويك، قال: «أشباه الموصلات عالية الحركة التقليدية مثل الزرنيخيد الغاليومي (GaAs) باهظة الثمن وغير قابلة للتكامل مع تصنيع السيليكون الرئيسي. مادة الجرمانيوم المشوه ضغطياً على السيليكون (cs-GoS) الجديدة تجمع بين حركة رائدة عالمياً وقابلية تصنيع صناعي – خطوة رئيسية نحو دوائر متكاملة كمومية وكلاسيكية كبيرة النطاق عملية».
الدكتور سيرجي ستودينيكين، ضابط بحث رئيسي في مجلس البحوث الوطني الكندي، أضاف: «هذا يحدد معياراً جديداً لنقل الشحنات في أشباه الموصلات من المجموعة IV – المواد في قلب صناعة الإلكترونيات العالمية. يفتح الباب أمام إلكترونيات أسرع وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة وأجهزة كمومية متوافقة تماماً مع تكنولوجيا السيليكون الحالية».
التطبيقات المحتملة تشمل أنظمة المعلومات الكمومية، وكيوبيتات السبين، ووحدات التحكم الضوئية الباردة لمعالجات الكم، ومسرعات الذكاء الاصطناعي، وخوادم موفرة للطاقة تقلل من احتياجات تبريد مراكز البيانات. هذا العمل يبرز دور المملكة المتحدة في بحوث أشباه الموصلات.