Stanene ماده‌ای با بازدهی 100 درصد در انتقال الکتریسیته

گروهی از فیزیکدانان نظری در دپارتمان انرژی آزمایشگاه شتاب‌دهنده‌ی ملی آمریکا با همراهی دانشگاه استنفورد دریافتند که ماده‌ی جدیدی به نام Stanene می‌تواند راه حلی بر هدر رفت انرژی الکتریکی در سیم‌های معمولی باشد. این ماده در واقع متشکل است از تک لایه‌ای از اتم‌های قلع که در ساختاری دو بعدی قرار گرفته اند.

این ساختار قادر است الکتریسیته را با بازدهی 100 درصد در دمای اتاق منتقل کند. اگر این یافته تایید شود، دروازه‌ای جدید به روی چیپ‌های رایانشی خنک تر، سریع تر و با توان مصرفی کمتر گشوده خواهد شد.

Stanene نمونه‌ای از مواد عایق توپولوژیک است. این مواد الکتریسیته را تنها در لبه‌ها یا سطوح خارجی خود عبور می‌دهند. هنگامی که اینگونه از مواد با ضخامتی معادل یک اتم ساخته شوند، می‌توانند الکتریسیته را با بازدهی 100 درصد عبور دهند، چراکه الکترون‌ها را مجبور می‌کنند که تنها در یک خط بدون هیچ گونه مقاومتی عبور کنند.

گروهی که مسئولیت این کار را به عهده داشته است تحت سرپرستی پروفسور Shoucheng Zhang استاد دانشگاه استنفورد ساختارهای بسیاری را برای یافتن عایق‌های توپولوژیکی مورد بررسی قرار داده اند، که بسیاری از آن‌ها نیز چنین ویژگی را دارا بوده‌اند، اما اگر این یافته درست باشد، stanene اولین ماده‌ای خواهد بود که می‌تواند در دمای اتاق بازدهی 100 درصدی را از خود به نمایش بگذارد.

مورد دیگری که با توجه به یافته‌های این تیم بسیار ارزشمند است، امکان افزایش بازه‌ی دمایی کارایی صد درصدی این ماده با افزودن اتم‌های فلوئور به ساختار اتمی این ماده است، با این کار این ماده می‌تواند تا دمای 100 درجه سانتی گراد نیز به راحتی بازدهی خود را حفظ کند.

درست مثل گرافن، مهم ترین چالش پیش روی این گروه برای ساختن و آزمایش چنین ماده ای، در ضخامت بسیار کم آن نهفته است. دستیابی به ضخامتی معادل یک اتم چندان آسان به نظر نمی‌رسد، مشکلی که در صورت حل آن می‌توان کاربردهای بی شماری را برای حاصل کار برشمرد، تحولی که به خودی خود می‌تواند نوبل را برای سازندگانش به ارمغان بیاورد.

به گفته‌ی آقای Zhang با دستیابی به چنین ماده‌ای و استفاده از آن در ریزپردازنده‌ها، می‌توان مداراتی ساخت که با توان مصرفی بسیار پایین تر و گرمای تولیدی ناچیز با بازدهی بسیار بالاتر از آنچه که امروزه گرافن نوید آن را می‌دهد، به ساخت چیپ‌های رایانشی پرداخت. در نهایت می‌توان امیدوار بود که این ماده روزی جایگزین سیلیکون در دنیای الکترونیک بشود.

برای خواندن مشروح این مقاله به آخرین نسخه مجله‌ی Physical Review Letters مراجعه کنید.