العلماء مصرون على التطوير الى ابعد حد ممكن حيث اخر التطورات العلمية والتقنية هي الوصول بطبقة واحدة من ذرات القصدير والتي يمكن أن تكون المادة الأولى في العالم لإيصال الكهرباء بكفاءة 100% عند درجات حرارة تولدها رقاقات الحاسوبوفقا لفريق من علماء الفيزياء النظرية بقيادة باحثين من قسم الطاقة الأمريكية SLAC و جامعة ستانفورد، يسمي الباحثون هذه المادة الجديدة باسم " stanene" بجمع الاسم اللاتيني للقصدير (stannum) مع المستخدمة في graphene (من الكربون) وهي مادة أخرى مبتكرة بطبقة واحدة.

قال قائد الفريق شوتشينغ زانغ بروفسور في علم الفيزياء لدى جامعة ستانفورد ومعهد ستانفورد لعلوم الطاقة والمواد " قد يزيد الـ stanene من السرعة ويخفض الطاقة المتطلبة للأجيال المستقبلية من رقاقات الحاسوب، إذا ثبتت توقعاتنا بواسطة التجارب التي تجرى حاليا في عدة مختبرات حول العالم".

silicon-chip-2D-Tin-03

على مدى العقد الماضي كان شوتشينغ زانغ وزملائه يحسبون ويتوقعون الخواص الالكترونية لفئة جديدة من المواد المعروفة باسم العوازل الطبوغرافية، التي توصل الكهرباء فقط مع حوافها أو سطحها الخارجي وليس عبر داخلها. حينما تكون العوازل الطبوغرافيه بسماكة ذرة واحدة، فإنه يستطيع إيصال الكهرباء لحوافها بكفاءة 100%. تلك الخواص الغير عادية الناتجة من التفاعلات المعقدة بين الالكترونات ونوى الذرات الثقيلة في المواد.

قال زانغ " إن سحر العوازل الطبوغرافية هو أنها بطبيعتها تجبر الالكترونات بالتحرك بمسارات معينة دون تحديد أقصى حد للسرعة. طالما أنها على الطريق الصحيح- الحواف أو الأسطح- فإن الالكترونات ستنتقل بدون أي مقاومة" .

في عام 2006 و 2009 توقعت مجموعة السيد زانغ بأنه ينبغي أن تكون تيلوريد الزئبق وعدة مجموعات من البيزموت، الأنتيمون، سيلنيوم وتيللوريوم عوازل طبوغرافية، وسرعان ما أثبت صحة ذلك في التجارب التي جرت من قبل الآخرين. لكن لم تكن أيا من تلك المواد موصلا مثلاية للكهرباء بدرجة حرارة الغرفة، مما حد من إمكانيتهم كتطبيقات تجارية.

أوائل هذه السنة العالم يونغ إكسو الموجود الآن لدى جامعة تسينغوا في بيغيانغ تعاون مع مجموعة زانغ للنظر في خواص طبقة واحدة من القصدير النقي.قال السيد إكسو " نعرف بأنه يجب أن نطلع على العناصر في الجزء الأيمن السفلي من الجدول الدوري. كل العوازل الطبوغرافية السابقة التي شملت عناصر ثقيلة وغنية بالالكترونات تواجدت هناك". اشارت حساباتهم بأن طبقة واحدة من القصدير ستكون عازل طبوغرافي بدرجة حرارة الغرفة أو أعلى، وبإضافة ذرات الفلور للقصدير يوسع نطاق عملها لما لايقل عن 100 درجة مئوية.

هل سوف يكون بديل نهائي للسيليكون؟ قال السيد زانغ التطبيق الأول لتركيبة stanene-fluorine يمكن أن يكون في الأسلاك التي تربط العديد من أقسام المعالج الدقيق، مما يسمح للالكترونات بالتدفق بحرية.ولكن حدوث الازدحام في عملية التدفق مازال واردا في المنحدرات المصنوعة من الموصلات التقليدية، لكن أسلاك stanene ينبغي أن تقلل بشكل كبير استهلاك الطاقة وإنتاج الحرارة للمعالجات الدقيقة.

عملية التصنيع تضمن بأن طبقة واحدة فقط من القصدير سيحتاج لها وأن الطبقة الواحدة تبقى سليمة خلال عملية تصنيع الرقاقة بدرجات حرارة عالية. كما قال زانغ "في النهاية يمكننا أن نتصور استخدام stanene للعديد من بنى الدارات بما في ذلك استبدال السيليكون في داخل ترانزستور. قد يأتي يوما ما ونطلق على هذا المكون Tin Valley بدلا Silicon Valley".