دانشمندان دانشگاه کلمبیا یک ماده ابراتمی (سوپراتمیک) را کشف کرده‌اند که به نظر می‌رسد سریع‌ترین و کارآمد‌ترین نیمه‌رسانای تاریخ باشد. این ماده جدید توانایی انتقال انرژی را با سرعتی بسیار بالا‌تر از سیلیکون دارد. نیمه‌رسانا‌ها در واقع قلب تپنده دستگاه‌های الک‌ترونیکی محسوب می‌شوند و تا پیش از این سیلیکون نقش سریع‌ترین نیمه‌رسانا را ایفا می‌کرد.
بر اساس مقاله‌ای که در مجله ساینس منتشر شده، محققان ماده نیمه‌رسانای جدیدی را شناسایی کرده‌اند که از نظر عملکرد از سایر مواد پیشی می‌گیرد. این ماده با نام علمی شناخته می‌شود و ترکیبی از عناصر رنیوم، سلنیوم و کلر است. وقتی تعداد معدودی اتم در کنار هم قرار می‌گیرند، مانند یک اتم بزرگ یا یک ابراتم رفتار می‌کنند و سرعت انتقال انرژی در آن‌ها به شدت افزایش می‌یابد.
تا پیش از این کشف، سیلیکون در دنیای نیمه‌رسانا‌ها حاکم بود. این ماده پایه ترانزیستور‌ها و مدار‌های مجتمع یا آی‌سی را تشکیل می‌دهد؛ به عبارت دیگر، بن‌مایه تمام گوشی‌های هوشمند و حتی ابرکامپیوتر‌ها از همین مواد شکل گرفته است.
عملکرد ماده ابراتمی جدید در نقش سریع‌ترین نیمه‌رسانای تاریخ
در هر ماده‌ای ساختار‌های اتمی ارتعاشات ریزی ایجاد می‌کنند. این ارتعاشات در قالب ذرات کوانتومی به نام فونون جابه‌جا می‌شوند. این ارتعاشات می‌تواند ذرات حامل انرژی مانند الک‌ترون‌ها یا اکسیتون‌ها را پراکنده کند. این انرژی نیز به سرعت به گرما تبدیل شده و از بین می‌رود. مدیریت این انرژی یکی از مسائل همیشگی در طراحی تراشه‌ها و سیستم‌های الک‌ترونیکی است.
اما به نظر می‌رسد با یک مکانیزم خاص بتواند این مسئله را برطرف کند. اکسیتون‌ها هنگام برخورد با فونون‌ها پراکنده نمی‌شوند، بلکه به آن‌ها متصل شده و شکل دیگری از شبه‌ذره به نام اکسیتون-پلارون صوتی را ایجاد می‌کنند. این شبه‌ذره‌ها همچنان می‌توانند انرژی حمل کنند، اما بسیار آهسته‌تر از اکسیتون‌های معمولی حرکت می‌کنند؛ به شکل غیر‌منتظره‌ای، این حرکت آهسته در نهایت منجر به افزایش سرعت انتقال انرژی در مقایسه با سیلیکون می‌شود.
محققان از داستان قدیمی لاک‌پشت و خرگوش برای مقایسه این شبه‌ذره و الک‌ترون استفاده می‌کنند. الک‌ترون‌ها می‌توانند خیلی سریع در سیلیکون حرکت کنند، اما تمایل دارند در سراسر مکان بجهند که این جهش‌ها کارآمد نخواهد بود. اما پلارون‌های با آنکه کند‌تر هستند، اما تحت تأثیر سایر فونون‌ها قرار نمی‌گیرند؛ بنابراین در طول زمان دور‌تر و پیوسته‌تر حرکت می‌کنند.
در واقع محققان دریافته‌اند که پلارون‌های تقریبا دو برابر سریع‌تر از الکترونهای موجود در سیلیکون حرکت می‌کنند، چون می‌توان آن‌ها را به جای برق با نور کنترل کرد. محققان تخمین می‌زنند که دستگاه‌های الک‌ترونیکی که با این ماده ساخته می‌شوند، احتمالا بتوانند شش برابر سریع‌تر از دستگاه‌های موجود عمل کنند.
متأسفانه نباید انتظار داشت که به‌زودی پردازنده‌های پرسرعت با این مواد جدید ساخته شوند. محققان می‌گویند بعید است که این ترکیب خاص هرگز وارد بازار شود. رنیوم عنصری بسیار کمیاب و گران است. با این حال، پس از اثبات سرعت این نیمه‌رسانای جدید، محققان بر این باورند که شاید بتوان با مواد مشابه و ارزان‌تر قطعاتی با رفتار مشابه ساخت.
