Ilmuwan AS menemukan material baru yang mengungguli tembaga dalam chip komputer kecil
Para peneliti di AS telah mengembangkan kawat nano yang terbuat dari niobium arsenide, bahan kuantum yang dapat menggantikan tembaga karena menjadi konduktor listrik yang lebih baik seiring dengan semakin tipisnya kawat tersebut. Interkoneksi listrik adalah kabel dan konektor kecil yang menghubungkan sistem elektronik dan transistor, dan memungkinkan keduanya berkomunikasi. Bahan ini sangat penting untuk kinerja chip modern dan biasanya terbuat dari tembaga karena konduktivitasnya yang tinggi. Namun, tembaga mulai kehilangan kinerjanya karena chip menyusut hingga mencapai skala nano. Hal ini meningkatkan hambatan listrik dan membatasi miniaturisasi lebih lanjut. Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti di Cornell University di New York mengembangkan kawat nano kristal tunggal dari niobium arsenide, bahan kuantum topologi. Berbeda dengan tembaga, material kuantum menjadi konduktor listrik yang lebih baik seiring dengan menyusutnya dimensinya. Para peneliti yakin hal ini dapat meningkatkan kinerja dan efisiensi energi microchip masa depan. Menemukan kembali kabel tembaga Tembaga banyak digunakan untuk kabel prosesor mikroskopis (interkoneksi) karena konduktivitas listriknya yang tinggi. Faktanya, industri semikonduktor beralih dari aluminium ke tembaga pada akhir tahun 1990an, dengan IBM memelopori transisi tersebut pada tahun 1997. Perubahan ini menjadi penting karena transistor terus menyusut. Ini memungkinkan lebih banyak fitur untuk dikemas ke dalam chip. Namun meskipun tembaga merupakan konduktor yang sangat baik pada ukuran yang lebih besar, kinerjanya menurun ketika kabel tersebut menyusut hingga skala nano. Hal ini karena ketika kabel tembaga menjadi lebih tipis, elektron lebih sering bertabrakan dengan permukaannya, sehingga meningkatkan hambatan listrik dan mengurangi efisiensi. Gambar pemindaian mikroskop elektron menunjukkan kawat nano niobium arsenida masih melekat pada bahan baku massal. Kredit: Cornell University Untuk mengatasi tantangan ini, tim Cornell beralih ke niobium arsenide (NbAs), semimetal topologi yang elektron permukaannya berperilaku berbeda dari logam konvensional. “Elektron yang mengalir pada permukaan material bergerak sangat cepat, dan tidak mudah tersebar seperti elektron pada permukaan material,” kata Judy Cha, PhD, penulis senior makalah tersebut dan seorang profesor ilmu material. Cha mengatakan bahwa ketika kabel tembaga menjadi lebih kecil, elektron semakin banyak bertabrakan dengan permukaannya, berhamburan ke berbagai arah dan mengurangi konduktivitas. “Itulah mengapa ia menjadi sangat resisten secara listrik.” Berbeda dengan tembaga, yang mengandalkan elektron yang melewati bagian dalamnya, NbA mendapat manfaat dari elektron permukaan yang bergerak cepat. Semakin tipis, efek permukaan menjadi semakin kuat, sehingga meningkatkan kinerja listrik. Bahan yang lebih baik Untuk membuat kabel ultra tipis, para peneliti menggunakan teknik fabrikasi yang dikenal sebagai nanomolding termomekanis. Prosesnya dimulai dengan sampel sebagian besar bahan yang ditekan ke dalam cetakan aluminium oksida berpori pada suhu tinggi. Setelah cetakannya dihilangkan, para ilmuwan akan mendapatkan kawat nano kristal tunggal berkualitas tinggi yang dapat ditransfer ke wafer silikon. Pendekatan ini memungkinkan tim untuk secara tepat mengontrol diameter kawat hingga 10 nanometer (nm). Cha membandingkan prosesnya dengan membuat pasta. “Jika Anda menukar pelat depan pembuat pasta, Anda bisa membuat fettuccine atau angel hair,” tegasnya. “Kami hanya mengambil bahan baku curah sebagai ‘adonan’ kami dan menggunakan cetakan berbeda dengan diameter pori berbeda.” Selain menghasilkan kawat nano yang sangat seragam, teknik ini juga mempercepat penelitian material. Laboratorium tersebut sebelumnya hanya mempelajari satu atau dua sistem material setiap tahunnya. Dengan nanomolding termomekanis, kini mereka dapat menyelidiki satu material baru setiap bulan. Tim juga menemukan material tersebut tetap stabil pada suhu kamar. Ini merupakan keuntungan penting karena banyak material kuantum yang rapuh atau rentan terhadap oksidasi di luar kondisi laboratorium yang dikontrol dengan cermat. “Saya rasa itulah arti sebenarnya dari penelitian ini, bahwa seseorang mungkin tidak memerlukan sampel murni dengan kualitas tertinggi, dan Anda tidak perlu pergi ke lingkungan bersuhu paling rendah dan bebas kebisingan untuk melihat jenis efek mekanika kuantum ini,” Cha menyimpulkan dalam siaran persnya. Studi ini telah dipublikasikan di jurnal Science.
Diterbitkan : 2026-07-17 18:41:00
sumber : interestingengineering.com
