在只有幾個原子厚的薄膜中，磷化鈮的導電性能比銅更好；此外，由史丹佛大學領導的一組科學家表示，這些薄膜可以在足夠低的溫度下製造和沈積，以便與現代電腦晶片製造相容。
幾個原子厚的非晶磷化鈮薄膜可以更好地穿過表面，從而使該材料作為一個整體成為更好的導體。圖片來源：Il-Kwon Oh / Asir Khan。
「我們正在突破銅等傳統材料的根本瓶頸，」史丹佛大學的 Asir Intisar Khan 博士說。
“我們的磷化鈮導體表明可以通過超細電線發送更快、更有效的信號。”
“這可以提高未來晶片的能源效率，當使用許多晶片時，即使是很小的收益也會增加，例如在當今存儲和處理信息的大型數據中心中。”
磷化鈮是研究人員所說的拓樸半金屬，這意味著整個材料都可以導電，但其外表面比中間的導電性更強。
隨著磷化鈮薄膜變薄，中間區域收縮，但其表面保持不變，從而使表面對電流貢獻更大的份額，並使整個材料成為更好的導體。
另一方面，銅等傳統金屬一旦厚度小於 50 nm，導電性能就會變差。
研究人員發現，即使在室溫下工作，磷化鈮在薄膜厚度低於 5 nm 時也能成為比銅更好的導體。
在這種尺寸下，銅線很難跟上快速發射的電訊號，並且會因熱量而損失更多的能量。
史丹佛大學教授 Eric Pop表示：“真正的高密度電子產品需要非常薄的金屬連接，如果這些金屬導電不良，它們就會損失大量的功率和能量。”
“更好的材料可以幫助我們在細電線上花費更少的能量，並在實際計算中花費更多的能量。”
許多研究人員一直在努力尋找用於奈米級電子產品的更好的導體，但到目前為止，最好的候選者已經具有極其精確的晶體結構，需要在非常高的溫度下形成。
團隊製造的磷化鈮薄膜是非晶體材料的第一個例子，當它們變得更薄時，它們會成為更好的導體。
史丹佛大學博士生阿卡什·拉姆達斯 (Akash Ramdas) 表示：“人們認為，如果我們想要利用這些拓撲表面，我們需要非常難以沉積的優質單晶薄膜。”
“現在我們有了另一類材料——這些拓撲半金屬——它有可能成為減少電子產品能源使用的一種方式。”
由於磷化鈮薄膜不需要是單晶，因此可以在較低的溫度下製備。
科學家在攝氏 400 度（752 華氏度）的溫度下沉積薄膜，這個溫度夠低，足以避免損壞或破壞現有的矽電腦晶片。
「如果你必須製造完美的晶體線，那對奈米電子學來說是行不通的，」史丹佛大學教授 Yuri Suzuki 說。
“但如果你能讓它們變得無定形或稍微無序，並且它們仍然能給你所需的特性，那就為潛在的現實應用打開了大門。”
作者也致力於將他們的磷化鈮薄膜變成窄線以進行額外的測試。
他們希望確定該材料在實際應用中的可靠性和有效性。
「我們採用了一些非常酷的物理原理，並將其移植到應用電子領域，」波普教授說。
“非晶材料的這種突破可以幫助解決當前和未來電子產品中的電力和能源挑戰。”
這工作發表在雜誌上科學。
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阿西爾·英提薩爾·汗等人。 2025.超薄非晶 NbP 半金屬的表面傳導和降低的電阻率。科學387（6729）：62-67； DOI：10.1126/science.adq7096
本文是史丹佛大學提供的新聞稿的一個版本。
