有史以來最快的半導體“超原子”能將芯片速度提升千倍

“超原子”（superatomic）材料已成為已知最快的半導體，并且可能導致計算機芯片的速度比當今任何可用的任何產品快數百或數千倍。

這之所以如此重要，是因為雖然半導體是現代技術的重要組成部分，因為它們可以導電并將其推向一個方向，但這些材料會遇到阻力，降低其效率并產生熱量（參見過熱的智能手機），這意味著他們需要保持冷靜才能發揮最佳狀態。這就是數據中心消耗如此多能源的原因——他們需要它來保持所有電子設備足夠冷以運行。

相比之下，超導體沒有電阻，但它們僅在非常特殊的情況下起作用，例如在絕對零溫度或在破碎壓力下。（今年早些時候，一群韓國研究人員聲稱發現了一種可以在室溫下工作的超導體，引起了很大爭議，但他們的發現最終被證明是不準確的。）

計算機芯片晶體管中使用的硅半導體依靠電子流來傳輸數據，但這些粒子往往會劇烈分散，以熱量的形式浪費能量，并減慢數據從 A 到 B 所需的時間。

現在，紐約哥倫比亞大學的Milan Delor和他的同事在化學式為Re6Se8Cl2的材料中發現了一種更快、更高效的半導體。它由錸、硒和氯組成，是一種超原子材料，其中原子形成簇，但在某些方面仍然像原始元素一樣。

實際上，被稱為激子的粒子在這種材料中的移動速度比電子在硅中的移動速度要慢，但至關重要的是，它們以箭頭直線移動，因此它們移動相似距離的速度要快得多。

如果可以用這種新材料制造使用激子而不是電子的晶體管，那么他們可以將其從晶體管的一側移動到另一側而不會發生散射，這將允許它們從 A 到 B 的某個地方移動 100 到 1000 次比硅芯片中的電子還要快。

如果你想千兆赫處理器，這從目前的技術是不可能的。但借助新材料，原則上晶體管的開關速度可以達到數百千兆赫甚至太赫茲，”Delor 說?！霸瓌t上，我們預測性能提升將是巨大的?！?/p>

Delor 說，使用這種材料的工作計算機芯片還需要幾十年的時間。工程師們花了幾十年的時間來完善硅芯片制造技術，而改用新材料基本上會讓他們回到原點。錸也是地殼中最稀有的元素之一，而硅是第二豐富的元素，因此使用Re6Se8Cl2制造的芯片可能會保留用于航天器和量子計算機等利基應用。

聲子又與稱為激子的粒子結合形成一種全新的粒子：激子-聲子。

這些粒子能夠以令人難以置信的速度移動——比電流通過硅的速度還要快。它們也非常高效，產生的熱量很少。

但在論文中，科學家們采取了謹慎樂觀的立場。他們解釋說，這種材料可以為可在室溫下運行的電子設備提供更有效的基礎，這也將使設備變得更小。最終，使用 Re6Se8Cl2 作為半導體“可能預示著一個基本上無損的納米電子學時代”，他們說。

審核編輯：劉清