האם נמצא החומר שיחליף את הסיליקון? קבוצת חוקרים מהטכניון הינדסה חומר שמראה פוטנציאל לשדרג את תעשיית השבבים. מדובר בתחמוצת סטרונציום וואנאדייט, ששייכת לקבוצת חומרים שנקראת תחמוצות מוצמדות, והיא יכולה לעבור בין מתכת ומבודד. חוקרים מהטכניון הראו כי ניתן לשנות את התכונות שלו ולכן הוא יוכל להחליף את הסיליקון. "אנחנו מאמינים שאם נהנדס את התכונות שלו בצורה נכונה, נוכל לייצר ממנו מתג או טרנזיסטור שיידע לעבוד מהר יותר ובצורה חסכונית יותר באנרגיה ממה שהסיליקון מאפשר היום", אומר ל-N12 פרופ' ליאור קורנבלום ראש מעבדת אלקטרוניקה של תחמוצות במרכז שרה ומשה זיסאפל לננואלקטרוניקה.
בימינו, לסיליקון יש חשיבות מכרעת בתעשיית המחשבים. בסיליקון משתמשים בתור חומר הבסיס למתג השולט על זרם חשמלי. בזכות היותו מוליך למחצה, ניתן להשתמש בו כדי להוליך זרם חשמלי, מצב שנקרא אחד, וגם כדי להפסיק אותו, מצב שנקרא אפס. ההתקן שיודע לבצע את המעבר בין שני המצבים הללו נקרא טרנזיסטור. הטרנזיסטורים הם למעשה מתגים, והם מסודרים בתוך השבבים שמרכיבים את החומרה - המעבד של המחשב. בשלב הבא, המתכנתים יוצרים את התוכנה, שבה ניתנות הוראות לטרנזיסטורים כיצד לעבור בין שני המצבים הללו כדי לבצע משימה כלשהי - שאותה אנחנו רואים בתור פעולה במחשב.
מאז שנות ה-60' מנסים להקטין את הטרנזיסטורים כמה שניתן כדי לשים יותר מהם על כל שבב, ובכך לבנות שבבים חזקים יותר ומהירים יותר. למגמת המזעור הזו קוראים חוק מור, על שם המהנדס גורדון מור שייסד את חברת אינטל והיה הראשון לחזות אותה. עם זאת, בשנים האחרונות השבבים הוקטנו כל כך, עד שקשה למצוא טכנולוגיה שתקטין אותם עוד יותר ותשפר את פעילותם.
"אחת האסטרטגיות לפתור את זה היא לחפש חומרים אחרים שיחליפו את הסיליקון. אחד הכיוונים העתידיים האפשריים הוא החומר שאנחנו עוסקים בו", מסביר קורנבלום. במעבדה שלו בטכניון עובדים בין היתר עם תחמוצת של סטרונציום וואנאדייט, חומר עם תכונות מיוחדות, שזכה לפרסום בכתב העת Advanced Functional Materials. "יש לו תכונה מעניינת - הוא יכול לעבור בין מצב של מוליך למצב של מבודד", אומר קורנבלום.
אחת ההבטחות הגדולות של קבוצת החומרים הזו היא היכולת לעשות את המיתוג בצורה יעילה – כלומר לעבור בין שני המצבים, אפס ואחד, הולכת חשמל ובידוד. אם נצטרף להפעיל פחות מתח כדי לעבור בין שני המצבים, אז המיתוג יהיה יעיל יותר.
"המוטיבציה ליעילות גבוהה במתח, כלומר הצורך להוריד את גודל המתח הדרוש בתהליך המיתוג, היא בעיקר הורדת צריכת החשמל", אומרת ל-N12 הדוקטורנטית לידי שהם. "הדבר הזה מיתרגם למשל לחיי סוללה ארוכים יותר – אם נדרש פחות מתח מהסוללה, היא תישאר טעונה ליותר זמן".
"היום, עם סיליקון, כדי למתג בין שני המצבים יש צורך בדחייה ומשיכה של המטענים החשמליים לכיוון שבו עובר הזרם (התעלה בטרנזיסטור). לעומת זאת, בקבוצת החומרים שאנחנו חוקרים, נושאי המטען נמצאים כל הזמן - הם רק עוברים בין מצב שבו הם יכולים לזוז לבין מצב שבו הם לא יכולים לזוז. אופן פעולה זה יכול להציע מיתוג הרבה יותר מהיר".
במחקר שערכו פרופ' ליאור קורנבלום, הדוקטורנטית לישי שהם ומנהלת המעבדה ד"ר מריה בסקין, הם הראו כי ניתן לשלוט על התכונות של תחמוצת הסטרונציום וואנאדייט. "הראינו שכשאנחנו מכינים את החומר הזה, אנחנו יכולים להשפיע על סידור האטומים ולשלוט במרחק ביניהם. אנחנו מדברים על מחקר ברזולוציה של פיקומטר – שהוא אלפית הננומטר. בשביל להבין את סדר הגודל, בסיליקון המרחק בין שני אטומים הוא כמה מאות פיקומטרים, ובחומר הזה אנחנו יכולים לשלוט במרחק בין האטומים ברזולוציה של חצי פיקומטר", מסביר קורנבלום.
"מה שאנחנו רואים במחקר זה שכשאנחנו משנים את המרחק בין שני אטומים בשני אחוזים - האלקטרונים מסתדרים בצורה אחרת בחומר", הוא מוסיף. בכך מסביר קורנבלום כי ניתן לשלוט על המוליכות החשמלית של החומר בצורה יעילה יותר, גילוי שיכול לנווט את תעשיית השבבים לכיוון חדש ." זה נותן לנו את הכלים להנדס בעתיד את החומר הזה לכדי טרנזיסטור, שאנחנו מקווים שיממש את ההבטחה ויהיה תחליף יעיל לסיליקון".