Как известно, любым электронным устройствам, таким как компьютеры и мобильные телефоны, для работы требуются полупроводники. Материалы, из которых их производят (в частности, кремний), имеют определенные ограничения, которые остаются нерешенными до сих пор. Это связано с тем, что из-за крошечных колебаний, излучаемых их атомной структурой, генерируются квантовые частицы фононы, которые, в свою очередь, рассеивают электроны или экситоны (электронно-дырочные пары) за несколько фемтосекунд. Эти электроны переносят энергию, которая выделяет тепло, что снижает скорость передачи информации в электронных системах.

Проводя поиск лучшего материала для полупроводников, команда химиков из Колумбийского университета в Нью-Йорке обнаружила, что полупроводниковый квантовый материал способен передавать энергию гораздо быстрее, чем кремний. Этот обнаруженный ими весьма многообещающий «суператомный» полупроводник получил название Re6Se8Cl2, который считается самым быстрым и эффективным из когда-либо существовавших. Благодаря этому новому полупроводнику процессоры могут быть в 6 раз быстрее. В статье для журнала Science команда этих химиков дает детальное описание самого быстрого и эффективного полупроводника на сегодняшний день: сверхатомного материала под названием Re6Se8Cl2. При этом отмечается, что указанная разработка этого нового сверхатомного материала была поддержана Управлением научных исследований ВВС США.

Как следует из опубликованных сведений, в экспериментах, проведенных командой Колумбийского университета, акустические экситон-поляроны в Re6Se8Cl2 двигались в два раза быстрее электронов в кремнии  и пересекали несколько микрон образца менее чем за наносекунду. Поскольку эти квазичастицы управляются светом, а не электрическим током, скорость обработки в теоретических устройствах потенциально может достигать фемтосекунд — на шесть порядков быстрее, чем наносекунды, достижимые в современной гигагерцовой электронике, причем  при комнатной температуре.

Как и многие из новых квантовых материалов, изучаемых в Колумбийском университете, Re6Se8Cl2 может быть разделен на листы толщиной в атом, что означает, что их потенциально можно комбинировать с другими подобными материалами в поисках дополнительных уникальных свойств.

“Это единственный материал, в котором кто-либо видел устойчивый баллистический перенос экситонов при комнатной температуре. Но теперь мы можем начать предсказывать, какие другие материалы могут быть способны к такому поведению, которое мы просто не рассматривали раньше”, - сказал руководитель этой группы исследователей в Колумбийском университете - профессор химии Милан Делор. “Существует целое семейство суператомных и других двумерных полупроводниковых материалов, обладающих свойствами, благоприятными для формирования акустических поляронов”.