Die Kupferdrähte in elektronischen Chips leiten Elektrizität weniger gut, wenn sie sehr dünn werden. Forscher der Cornell University schlagen einen anderen Weg vor.
Ihre Niobarsenid-Nanodrähte werden im Nanometerbereich im Gegenteil leitfähiger, was für die nächsten Generationen von Bauteilen interessant sein könnte.
Ein Rasterelektronenmikroskopbild zeigt Niobarsenid-Nanodrähte, die noch an einem losen Rohmaterial haften.
Niobarsenid (NbAs) gehört zur Familie der Weyl-Halbmetalle. Diese Materialien besitzen Elektronen, die auf ihrer Oberfläche zirkulieren. Diese Elektronen bewegen sich schnell und erfahren weniger Störungen als diejenigen im Volumen des Materials.
Diese Besonderheit wird wichtig, wenn der Durchmesser eines Drahtes abnimmt. In einem Kupferdraht treffen die Elektronen vermehrt auf die inneren Oberflächen. Diese Wechselwirkungen erhöhen den elektrischen Widerstand und begrenzen die Miniaturisierung der Verbindungen zwischen Transistoren.
Die Forscher stellten einkristalline Nanodrähte mit einem Verfahren namens thermomechanisches Nanoformen her. Das Material wird bei hohen Temperaturen in eine poröse Form gepresst. Nach dem Entfernen der Form wird der gewonnene Draht auf einen Siliziumwafer abgelegt.
Diese Methode ermöglicht es, den Durchmesser der Drähte bis auf etwa 10 Nanometer zu kontrollieren. So konnten die Wissenschaftler ihr Verhalten bei abnehmender Größe genau vergleichen. Das Ergebnis bestätigt eine ungewöhnliche Eigenschaft, die bei herkömmlichen metallischen Leitern fehlt.
In diesem Maßstab leiten die Niobarsenid-Nanodrähte besser als Kupfer. Ihr Verhalten bleibt auch bei Raumtemperatur robust.
Das Ergebnis bedeutet jedoch nicht, dass Niobarsenid bald Kupfer in allen Chips ersetzen wird. Das Arsen, aus dem Niobarsenid gewonnen wird, ist giftig, was die Herstellung und Handhabung der Bauteile erheblich erschwert. Auch die Kompatibilität mit industriellen Prozessen muss noch untersucht werden.
Das Hauptinteresse liegt daher in der Demonstration eines Prinzips. Weitere Materialien müssen ebenfalls untersucht werden, um nach sichereren und industriekompatiblen Kandidaten zu suchen, falls es sie gibt.