在只有几个原子厚的薄膜中，磷化铌的导电性能比铜更好；此外，斯坦福大学领导的一组科学家表示，这些薄膜可以在足够低的温度下制造和沉积，以便与现代计算机芯片制造兼容。
几个原子厚的非晶磷化铌薄膜可以更好地穿过表面，从而使该材料作为一个整体成为更好的导体。图片来源：Il-Kwon Oh / Asir Khan。
“我们正在突破铜等传统材料的根本瓶颈，”斯坦福大学的 Asir Intisar Khan 博士说。
“我们的磷化铌导体表明可以通过超细电线发送更快、更有效的信号。”
“这可以提高未来芯片的能源效率，当使用许多芯片时，即使是很小的收益也会增加，例如在当今存储和处理信息的大型数据中心中。”
磷化铌是研究人员所说的拓扑半金属，这意味着整个材料都可以导电，但其外表面比中间的导电性更强。
随着磷化铌薄膜变薄，中间区域收缩，但其表面保持不变，从而使表面对电流贡献更大的份额，并使整个材料成为更好的导体。
另一方面，铜等传统金属一旦厚度小于 50 nm，导电性能就会变差。
研究人员发现，即使在室温下工作，磷化铌在薄膜厚度低于 5 nm 时也能成为比铜更好的导体。
在这种尺寸下，铜线很难跟上快速发射的电信号，并且会因热量而损失更多的能量。
斯坦福大学教授埃里克·波普（Eric Pop）表示：“真正的高密度电子产品需要非常薄的金属连接，如果这些金属导电不良，它们就会损失大量的功率和能量。”
“更好的材料可以帮助我们在细电线上花费更少的能量，并在实际计算中花费更多的能量。”
许多研究人员一直在努力寻找用于纳米级电子产品的更好的导体，但到目前为止，最好的候选者已经具有极其精确的晶体结构，需要在非常高的温度下形成。
该团队制造的磷化铌薄膜是非晶材料的第一个例子，当它们变得更薄时，它们会成为更好的导体。
斯坦福大学博士生阿卡什·拉姆达斯 (Akash Ramdas) 表示：“人们认为，如果我们想要利用这些拓扑表面，我们需要非常难以沉积的优质单晶薄膜。”
“现在我们有了另一类材料——这些拓扑半金属——它有可能成为减少电子产品能源使用的一种方式。”
由于磷化铌薄膜不需要是单晶，因此可以在较低的温度下制备。
科学家们在 400 摄氏度（752 华氏度）的温度下沉积薄膜，这个温度足够低，足以避免损坏或破坏现有的硅计算机芯片。
“如果你必须制造完美的晶体线，那对纳米电子学来说是行不通的，”斯坦福大学教授 Yuri Suzuki 说。
“但如果你能让它们变得无定形或稍微无序，并且它们仍然能给你所需的特性，那就为潜在的现实应用打开了大门。”
作者还致力于将他们的磷化铌薄膜变成窄线以进行额外的测试。
他们希望确定该材料在实际应用中的可靠性和有效性。
“我们采用了一些非常酷的物理原理，并将其移植到应用电子领域，”波普教授说。
“非晶材料的这种突破可以帮助解决当前和未来电子产品中的电力和能源挑战。”
这工作发表在杂志上科学。
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阿西尔·英提萨尔·汗等人。 2025.超薄非晶 NbP 半金属的表面传导和降低的电阻率。科学387（6729）：62-67； DOI：10.1126/science.adq7096
本文是斯坦福大学提供的新闻稿的一个版本。
