Forschungszentrum Jülich (Almanya), Tohoku Üniversitesi (Japonya) ve École Polytechnique de Montréal’den (Kanada) uluslararası bir araştırmacı ekibi, Almanyum-tin (GESN) semisondüktörlerinin dikkat çekici spin ile ilişkili malzeme özelliklerini ortaya çıkararak yarı iletken bilimde önemli bir keşif yaptı.
Yarı iletkenler, etrafımızdaki günlük teknolojiyi (otomobiller ve bilgisayarlar gibi) güçlendiren elektrik akışını kontrol eder. Bununla birlikte, teknoloji, mevcut yarı iletken teknolojilerini süzülecek kadar bükülme hızında ilerliyor.
Tohoku Üniversitesi’nden Makoto Kohda, “Yarı iletkenler, hız, performans ve güç tüketimi açısından fiziksel ve enerji verimliliği sınırlarına yaklaşıyor” diyor. “Bu büyük bir sorun çünkü 5G/6G ağları ve yapay zekanın daha fazla kullanımı gibi daha zorlu ihtiyaçlara geçerken ayak uydurabilecek yarı iletkenlere ihtiyacımız var.”
Bu zorlukların üstesinden gelmek için, bilim adamları, Silikon ve Germanyum’un tek başına sunabileceğinin ötesinde yetenekler sağlayabilen grup IV alaşımları olarak adlandırılan yeni yarı iletken sınıflarına yöneliyorlar. Amaç, sadece küresel elektronik ve fotonik endüstrisini destekleyen mevcut silikon tabanlı teknoloji platformu ile uyumluluğu korumak değil, aynı zamanda daha hızlı işleme ve daha düşük enerji ayak izinden fotonik ve kuantum teknolojileriyle entegrasyona kadar tamamen yeni işlevler sunmaktır.
Özellikle umut verici bir sınır, sadece elektrik yüküne güvenmek yerine, yaygın olarak spin olarak bilinen elektronun içsel açısal momentumunun kuantum özelliğini kullanarak geleneksel elektroniklerin ötesine geçen bir yaklaşımdır. Yeni çalışma, yayınlanan İletişim malzemeleri 2 Ekim 2025’te, düşük düzlem içi ağır delik etkili kütlelerinin, büyük bir G faktörünün ve anizotropisinin altını çizen silikonla entegre GESN alaşımının malzeme özelliklerini çözer.
Yarı iletkendeki bir delik, küçük bir pozitif yük gibi hareket eden bir elektronun olmamasıdır. Kuantum hesaplamada, delikler yararlıdır, çünkü kuantum bilgilerini depolayabilir ve işleyebilirler – mevcut yarı iletken platformlarında hızlı işlemlere ve uzun tutarlılık sürelerine izin verebilirler.
Özellikle, ekip yüksek spin bölme enerjisini doğruladı, bu da GESN yarı iletkenlerinin SI ve GE gibi geleneksel malzemelere göre önemli avantajlara sahip olabileceğini gösterdi. Buna ek olarak, kubitler ve düşük güçlü spintronic cihazlar için son derece umut verici bir yoldur.
Önemli olarak, GESN alaşımları, tamamlayıcı metal oksit yarı iletkenleri (CMOS) ile uyumludur ve bu başarıyı kuantum bilgi işleme ve yeni nesil elektronik cihazlarda devrimci ilerlemelere doğru kritik bir adım olarak konumlandırır.
Kuantum ve spintronics’in ötesinde, GESN ayrıca entegre lazing, termoelektrik ve elektronik uygulamalarda büyük avantajlar sağlar. Eşsiz bant yapısı, verimli ışık emisyonu sağlar, bu da onu çip üstü lazerler ve fotonikler için güçlü bir aday haline getirir. Aynı zamanda, uygun termal ve elektronik özellikleri daha iyi termoelektrik enerji dönüşümü ve daha verimli transistörler için olasılıkları açar. Bu çok yönlülük GESN’yi sadece kuantum araştırması için değil, aynı zamanda birden fazla endüstriyi dönüştürebilen çok fonksiyonlu bir yarı iletken platformu haline getirir.
Kohda, “Gelecekteki çabalar, cihaz tasarımlarını iyileştirmeye, bileşenleri ölçeklendirmeye ve yeni uygulamaları keşfetmeye odaklanacak” diyor.
