कम्प्यूटिंग
नियोबियम फॉस्फाइड डेटा सेंटरों को अधिक कुशल बना सकता है, सामग्री की कमजोर कड़ी को संबोधित करके
नैनोचिप्स के लिए नई कंडक्टर की आवश्यकता
When producing advanced computer chips, the main technological focus has been on reducing the size of transistors and creating more advanced forms of semiconductor materials. This has been the driving force behind the success of companies like TSMC (TSM ), जो अब 3 या यहाँ तक कि 2 नैनोमीटर (नैनोमीटर) स्केल में चिप नोड्स तक पहुँच रही हैं.
हालाँकि, इस स्केल पर कुछ नई समस्याएँ उत्पन्न होती हैं जो अर्धचालकों से संबंधित नहीं हैं। उनमें से एक यह है कि पारंपरिक कंडक्टिंग सामग्री जैसे तांबा, जब धातु की तार बहुत पतली हो जाती है, तो विद्युत को अच्छी तरह नहीं ले जाती।
यह चिप्स के भीतर विद्युत प्रवाह में बाधा उत्पन्न कर सकता है, जिससे कंप्यूटिंग शक्ति और समग्र दक्षता घटती है, साथ ही ओवरहीटिंग भी हो सकती है।
इसलिए, यह महत्वपूर्ण समाचार है कि स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय, अजौ विश्वविद्यालय, सुवॉन (दक्षिण कोरिया), और IBM वाटसन रिसर्च सेंटर के शोधकर्ताओं ने एक अल्ट्राथिन सामग्री विकसित की है जो इन परिस्थितियों में तांबे से बेहतर विद्युत संचालक है।
They published their discovery in the prestigious scientific journal Science, titled “अल्ट्राथिन गैर‑क्रिस्टलीय NbP सेमीमेटल में सतही संचालकता और घटित विद्युत प्रतिरोध1”.
कम्प्यूटिंग में तांबे का प्रतिस्थापन
Because of its relatively low price and excellent electric conductivity, copper has been the main metal for electric connectivity and is also a key metal in batteries, electric grids, etc.
हालाँकि, 50 नैनोमीटर से नीचे नैनोस्केल पर तांबे की कम चालकता के कारण, शोधकर्ता कुछ समय से विकल्पों की तलाश में हैं। समस्या यह है कि नैनोस्केल पर कार्य करने वाले ज्ञात कंडक्टरों की क्रिस्टलीय संरचना अत्यंत सटीक होती है, जिसे बहुत उच्च तापमान पर बनाना पड़ता है।
This could not work for semiconductors and chips, as the high temperature would destroy the fragile silicon components.
So, the race was on to find an ultrathin conductor that did not rely on single-crystalline films.
नियोबियम फॉस्फाइड
The researchers worked with niobium phosphide, a material known to display unique electric properties, like super fast electrons and very high magnetoresistance. It is notably already in use in laser and high-power / high-frequency applications.
Niobium phosphide is called a topological semimetal: this means that while the whole material can carry electricity, the surface is more conductive than the middle.
To simplify the concept a little, we can say the thinner the layer of niobium phosphide, the more surface part there is, with almost no “middle”. As a result, it can be expected that the thinner the niobium phosphide, the more conductive it becomes.
And this is exactly what was observed by the researchers.
“यह माना जाता रहा है कि यदि हम इन टोपोलॉजिकल सतहों का उपयोग करना चाहते हैं, तो हमें अच्छी सिंगल‑क्रिस्टलीय फिल्में चाहिए जो वास्तव में जमा करने में कठिन हैं। अब हमारे पास सामग्री की एक नई श्रेणी है – ये टोपोलॉजिकल सेमीमेटल – जो इलेक्ट्रॉनिक्स में ऊर्जा उपयोग को कम करने का एक तरीका बन सकते हैं।”
Akash Ramdas – स्टैनफोर्ड में डॉक्टरेट छात्र
This is a very new field, with physicists having started to experiment with topological semimetals only since 2015. And 5nm से पतली फिल्म पहले कभी नहीं बनाई गई थी.
कम्प्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए कम तापमान
The lower temperature means the niobium phosphide is somewhat disorganized, with only nanocrystals in an amorphous matrix.
स्रोत: Stanford Report
Upon further analysis, it appears that the high conductivity is driven by conductive channels at the surface of the ultrathin film.
The film can be deposited at only 400°C (752°F), a temperature low enough to not damage the nearby silicon transistors in a computer chip. So this would make it an ideal material for connecting the internal component of a chip with low resistance and, therefore, low heat production.
“यदि आपको पूर्ण क्रिस्टलीय तार बनाना पड़े, तो यह नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए काम नहीं करेगा।
लेकिन यदि आप उन्हें अमॉर्फ़स या थोड़ा अव्यवस्थित बना सकते हैं और वे अभी भी आपको आवश्यक गुण प्रदान करते हैं, तो यह संभावित वास्तविक‑विश्व अनुप्रयोगों के द्वार खोलता है।”
Yuri Suzuki – प्रोफेसर, एप्लाइड फिज़िक्स
उच्च चालकता
When compared to normal films of niobium phosphide, the 5nm thin film was 6x more conductive. This was also lower than usual metals like copper.
When 1.5 nm thin, the material was twice as conductive as copper.
So, this is truly the very first example of non‑crystalline, low‑temperature conductors that outperform normal metals’ conductivity at the nanoscale.
स्रोत: Stanford Report
“वास्तव में उच्च‑घनत्व इलेक्ट्रॉनिक्स को बहुत पतली धातु कनेक्शन की आवश्यकता होती है, और यदि वे धातु अच्छी तरह नहीं चलती हैं, तो वे बहुत सारी शक्ति और ऊर्जा खो देती हैं।
बेहतर सामग्री हमें छोटे तारों में कम ऊर्जा खर्च करने और अधिक ऊर्जा वास्तविक गणना में उपयोग करने में मदद कर सकती है।”
Eric Pop – इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर
अगले कदम
The very next step is to test in a real chip how well niobium phosphide wire works when applied to nanoelectronics, not only for conductivity but also for reliability and how it can be integrated into the manufacturing process.
For that, they will first need to build at-scale niobium phosphide nanowire.
Another work will be to check if this concept could not be better carried by other semimetals that might work even better than niobium.
“भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक्स में इस वर्ग की सामग्री को अपनाने के लिए, हमें उन्हें और भी बेहतर कंडक्टर की आवश्यकता है। इस लक्ष्य के लिए, हम वैकल्पिक टोपोलॉजिकल सेमीमेटल्स की खोज कर रहे हैं।”
Xiangjin Wu, स्टैनफोर्ड में डॉक्टरेट छात्र
Heat removal is now one of the main power‑consuming processes in these data centers, as much as the computing itself. This is especially true for 5-3 nm chips, required for AI training and the most complex calculations.
So, in the long run, materials conductive at the nanoscale will be a must, as heat production is becoming an increasingly large problem for data centers using advanced chips.
It is also possible that ultrathin niobium phosphide films will find other applications in advanced technologies, especially where this material is already used like laser or telecom equipment.
उन्नत कंडक्टिंग सामग्री में निवेश
As advanced chips and semiconductors elements get smaller, the industry is concentrating toward a handful of large manufacturers like TSMC (TSM ), Intel (INTC ) or Nvidia (NVDA ) (प्रत्येक कंपनी की समर्पित रिपोर्टों के लिए लिंक देखें) की ओर केंद्रित हो रहा है।
You can invest in semiconductor-related companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.
Or, if you prefer a more diversified approach, you can invest in semiconductor-related ETFs like the iShares Semiconductor ETF (SOXX), the VanEck Semiconductor ETF (SMH), or the Global X Semiconductor ETF (SEMI).
You can also learn more about the semiconductor manufacturing equipment supply chain and key companies in “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”.
कम्प्यूटिंग एडवांस्ड मैटेरियल कंपनी
इंटरनेशनल बिजनेस मशीनिज़ कॉरपोरेशन
(IBM )
इंटरनेशनल बिजनेस मशीनिज़ कॉरपोरेशन (IBM) पहली मेनफ़्रेम कंप्यूटर के व्यावसायीकरण के पीछे प्रमुख शक्ति थी। यह स्टैनफोर्ड शोधकर्ताओं के नियोबियम फॉस्फाइड प्रोजेक्ट के मुख्य औद्योगिक साझेदार भी था।
कंपनी ने Apple, TSMC और NVIDIA जैसे अन्य तकनीकी दिग्गजों की उत्पादन मात्रा के मुकाबले पीछे रह गई है।
हालाँकि, यह नई कम्प्यूटिंग सामग्री और तकनीक के विकास में अग्रणी है।
IBM कंडक्टिंग तकनीक में प्रगति के अग्रभाग में है, और टोपोलॉजिकल सेमीमेटल्स उन क्षेत्रों में से एक हैं। इसलिए यह न केवल नई अल्ट्राथिन कंडक्टिंग सामग्री में आगे है, बल्कि उच्च‑तापमान सुपरकंडक्टर्स में भी।
ऐसे सुपरकंडक्टर्स क्वांटम कंप्यूटर्स के लिए महत्वपूर्ण हैं। हाल ही में, IBM ने “Condor”, एक 1,121 सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट क्वांटम प्रोसेसर को क्रॉस‑रेज़ोनेंस गेट तकनीक पर आधारित विकसित किया, साथ ही “Heron”, एक क्वांटम प्रोसेसर जो इस क्षेत्र के अत्यंत किनारे पर है।
स्रोत: IBM
IBM most of the other cutting‑edge innovations in computing and the semiconductors industry. These include कंडक्टिंग ऑर्गेनिक सामग्री, न्यूरोमोर्फिक कंप्यूटिंग, फोटोनिक्स, आदि.
स्रोत: IBM
किसी हद तक, IBM एक “पेटेंट कंपनी” बन गई है, जिसके पास नई कम्प्यूटिंग विधियों को विकसित करने और उन्हें उद्योग को लाइसेंस देने में विशेषज्ञता है।
अब तक, IBM बहुत दृढ़ संकल्पित दिखती है कि वह सभी गैर‑सिलिकॉन कम्प्यूटिंग विधियों में जितने संभव हो उतने प्रमुख पेटेंट रखे, जिससे वह अपने पिछले सफलताओं को दोहराते हुए अर्धचालक उद्योग को आज के दिग्गज में विकसित करने में बड़ी योगदान दे रही है।
नियोबियम फॉस्फाइड और अन्य टोपोलॉजिकल सेमीमेटल‑संबंधित तकनीकें इस रणनीति में पूरी तरह फिट होंगी, जहाँ IBM इन मामलों में तांबे को बदलने के लिए तकनीक विकसित कर रही है, और फिर इसे बड़े चिप फाउंड्रीज़ को निर्माण चरणों के लिए लाइसेंस कर रही है।
अध्ययन संदर्भ:
1. Khan, A. I., et al. (2025). अल्ट्राथिन गैर‑क्रिस्टलीय NbP सेमीमेटल में सतही संचालकता और घटित विद्युत प्रतिरोध। Science, 387(62–67). https://doi.org/10.1126/science.adq7096 हिंदी में।
