University of Minnesota Twin Cities 팀은 처음으로 훨씬 적은 전력을 사용하면서 더 많은 컴퓨팅 성능을 생성하고 메모리를 저장할 수 있는 고유한 반금속 토폴로지 재료의 박막을 제작했습니다. 연구원들은 또한 이 물질을 더 면밀히 연구할 수 있었고, 그 결과 물질의 고유한 특성 뒤에 있는 물리학에 대한 몇 가지 중요한 발견이 이루어졌습니다.
이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈자연 과학 및 공학을 다루는 동료 검토 과학 저널입니다.
미국의 최근 CHIPS 및 과학법에서 알 수 있듯이 반도체 제조를 늘리고 모든 곳에서 전자 장치에 전원을 공급하는 재료를 개발하는 연구를 지원해야 할 필요성이 커지고 있습니다. 전통적인 반도체가 오늘날 대부분의 컴퓨터 칩의 기반이 되는 기술인 반면, 과학자와 엔지니어는 전자 장치를 더 우수하고, 더 작고, 더 효율적으로 만들기 위해 더 적은 에너지를 사용하여 더 많은 전력을 생성할 수 있는 새로운 재료를 항상 찾고 있습니다.
이러한 새롭고 향상된 컴퓨팅 칩의 후보 중 하나는 위상 반금속이라고 하는 양자 재료입니다. 이러한 재료의 전자는 전자 장치에 사용되는 일반적인 절연체 및 금속이 갖지 않는 고유한 특성을 재료에 부여하면서 다양한 방식으로 작동합니다. 이러한 이유로 데이터 저장 및 정보 처리를 위해 전하 대신 전자의 스핀을 활용하는 기존 반도체 장치의 대안인 스핀트로닉 장치에 사용하기 위해 탐색되고 있습니다.
이 새로운 연구에서 미네소타 대학의 다학제적 연구팀은 박막과 같은 물질을 성공적으로 제조했으며 낮은 에너지 소비로 고성능의 잠재력을 가지고 있음을 입증했습니다.
“이 연구는 자기 도핑 전략을 사용하여 약한 토폴로지 절연체에서 토폴로지 반금속으로 이동할 수 있음을 처음으로 보여줍니다. 미네소타 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과의 Hartmann 학과장. “우리는 전기 제품의 수명을 연장하는 동시에 에너지 소비를 줄이는 방법을 찾고 있으며, 비전통적이고 비관습적인 방식으로 이를 수행하려고 노력하고 있습니다.”
연구원들은 수년 동안 토폴로지 재료에 대해 연구해 왔지만 미네소타 대학 팀은 이 반금속을 박막 형태로 만들기 위해 업계 특허 스프레이 호환 프로세스를 처음으로 사용했습니다. 그들의 공정은 산업과 호환되기 때문에 이 기술은 실제 장치를 제조하는 데 더 쉽게 채택되고 사용될 수 있다고 Wang은 말했습니다.
이 논문의 수석 저자 중 한 명인 Andrei Mokhoyan과 Ray D. 미네소타 대학교 화학 공학 및 재료 과학과 학과장 및 교수. “문제는 이 에너지 소비를 어떻게 줄일 수 있느냐는 것입니다. 이 연구는 그 방향으로 나아가는 단계입니다. 우리는 비슷하거나 종종 더 나은 성능을 갖지만 훨씬 적은 에너지를 사용하는 새로운 종류의 재료를 제시하고 있습니다.”
연구원들은 이러한 고품질 재료를 만들었기 때문에 재료의 특성과 고유한 특성을 면밀히 분석할 수 있었습니다.
이 논문의 수석 저자이자 미네소타 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과의 Paul Palmberg 부교수인 Tony Lu는 말했습니다. “일반적으로 자기장이 가해지면 재료의 종방향 저항이 증가하지만 이 특정 토폴로지 재료에서는 감소할 것으로 예상했습니다. 측정된 운송 데이터로 이론을 뒷받침하고 실제로 음의 저항력.”
Low, Mkhoyan 및 Wang은 차세대 전자 장치 및 시스템을 위한 토폴로지 재료에 대해 10년 이상 함께 작업해 왔습니다. 장치 제작.
“실험실에서 산업으로 기술을 이전할 수 있는 잠재력이 있는 중요하지만 도전적인 주제에 대해 작업하려면 영감을 주는 비전뿐만 아니라 4개 분야에 걸쳐 큰 인내와 전담 팀원 그룹이 필요합니다.” 왕이 말했다. .
Low, Mkhoyan 및 Wang 외에도 연구팀에는 미네소타 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과 Delin Zhang, Wei Jiang, Onri Benally, Zach Cresswell, Yihong Fan, Yang Lv 및 Przemyslaw Swatek; 화학 공학 및 재료 과학부 연구원 Huanhui Yun; 물리학 및 천문학과의 연구원 Thomas Peterson; 및 미네소타 대학교 특성화 시설 연구원 Guichuan Yu 및 Javier Barriocanal.
이 연구는 NIST(National Institute of Standards and Technology)가 후원하는 반도체 연구 재단 프로그램인 nCORE의 7개 센터 중 하나인 SMART의 지원을 받습니다. TP와 DZ는 MARCO와 DARPA가 후원하는 반도체 연구 재단 프로그램인 JUMP의 6개 센터 중 하나인 ASCENT의 일부 지원을 받았습니다. 이 작업은 수상 번호 DMR-2011401(종자)에 따라 미네소타 대학 재료 과학 및 공학 연구 센터(MRSEC) 프로그램에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 이 작업의 일부는 MRSEC(수상 번호 DMR-2011401)를 통해 국립 과학 재단으로부터 부분적으로 지원을 받는 미네소타 대학 쌍둥이 도시 특성화 시설에서 수행되었습니다. 이 작업의 일부는 NSF Network Coordinating Nano Infrastructure(NNCI)의 지원을 받는 Minnesota Center for Nano에서 수여 번호 ECCS-2025124로 수행되었습니다.
“트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다.”