有史以来最快的半导体“超原子”能将芯片速度提升千倍

“超原子”（superatomic）材料已成为已知最快的半导体，并且可能导致计算机芯片的速度比当今任何可用的任何产品快数百或数千倍。

这之所以如此重要，是因为虽然半导体是现代技术的重要组成部分，因为它们可以导电并将其推向一个方向，但这些材料会遇到阻力，降低其效率并产生热量（参见过热的智能手机），这意味着他们需要保持冷静才能发挥最佳状态。这就是数据中心消耗如此多能源的原因——他们需要它来保持所有电子设备足够冷以运行。

相比之下，超导体没有电阻，但它们仅在非常特殊的情况下起作用，例如在绝对零温度或在破碎压力下。（今年早些时候，一群韩国研究人员声称发现了一种可以在室温下工作的超导体，引起了很大争议，但他们的发现最终被证明是不准确的。）

计算机芯片晶体管中使用的硅半导体依靠电子流来传输数据，但这些粒子往往会剧烈分散，以热量的形式浪费能量，并减慢数据从 A 到 B 所需的时间。

现在，纽约哥伦比亚大学的Milan Delor和他的同事在化学式为Re6Se8Cl2的材料中发现了一种更快、更高效的半导体。它由铼、硒和氯组成，是一种超原子材料，其中原子形成簇，但在某些方面仍然像原始元素一样。

实际上，被称为激子的粒子在这种材料中的移动速度比电子在硅中的移动速度要慢，但至关重要的是，它们以箭头直线移动，因此它们移动相似距离的速度要快得多。

如果可以用这种新材料制造使用激子而不是电子的晶体管，那么他们可以将其从晶体管的一侧移动到另一侧而不会发生散射，这将允许它们从 A 到 B 的某个地方移动 100 到 1000 次比硅芯片中的电子还要快。

如果你想千兆赫处理器，这从目前的技术是不可能的。但借助新材料，原则上晶体管的开关速度可以达到数百千兆赫甚至太赫兹，”Delor 说。“原则上，我们预测性能提升将是巨大的。”

Delor 说，使用这种材料的工作计算机芯片还需要几十年的时间。工程师们花了几十年的时间来完善硅芯片制造技术，而改用新材料基本上会让他们回到原点。铼也是地壳中最稀有的元素之一，而硅是第二丰富的元素，因此使用Re6Se8Cl2制造的芯片可能会保留用于航天器和量子计算机等利基应用。

声子又与称为激子的粒子结合形成一种全新的粒子：激子-声子。

这些粒子能够以令人难以置信的速度移动——比电流通过硅的速度还要快。它们也非常高效，产生的热量很少。

但在论文中，科学家们采取了谨慎乐观的立场。他们解释说，这种材料可以为可在室温下运行的电子设备提供更有效的基础，这也将使设备变得更小。最终，使用 Re6Se8Cl2 作为半导体“可能预示着一个基本上无损的纳米电子学时代”，他们说。

审核编辑：刘清