Niobium Phosphide Dapat Membuat Pusat Data Lebih Efisien dengan Mengatasi Kelemahan Material

Konduktor Baru Diperlukan untuk Nanochip

When memproduksi chip komputer canggih, fokus teknologi utama telah pada pengurangan ukuran transistor dan penciptaan bentuk material semikonduktor yang lebih maju. Inilah yang menjadi pendorong kesuksesan perusahaan seperti TSMC (TSM ), yang kini mencapai node chip pada skala 3 atau bahkan 2 nm (nanometer).

Namun, pada skala ini, muncul beberapa masalah baru yang tidak terkait dengan semikonduktor. Salah satunya adalah bahwa material konduktor tradisional seperti tembaga tidak menghantarkan listrik dengan baik ketika kawat logam menjadi terlalu tipis.

Hal ini dapat menyebabkan titik kemacetan listrik di dalam chip, mengurangi daya komputasi dan efisiensi keseluruhan, serta menyebabkan overheating.

Jadi, berita penting bahwa peneliti di Stanford University, Ajou University, Suwon (Korea Selatan), dan IBM Watson Research Center telah mengembangkan material ultratipis yang menghantarkan listrik lebih baik daripada tembaga dalam kondisi ini.

They published their discovery in the prestigious scientific journal Science, titled “Konduksi permukaan dan resistivitas listrik yang berkurang pada semimetal NbP nonkristalin ultratipis¹”.

Mengganti Tembaga dalam Komputasi

Karena harganya yang relatif rendah dan konduktivitas listrik yang sangat baik, tembaga telah menjadi logam utama untuk konektivitas listrik dan juga merupakan logam kunci dalam baterai, jaringan listrik, dll.

Namun, karena konduktivitas tembaga yang lebih lemah pada skala nano di bawah 50nm, para peneliti telah mencari alternatif untuk beberapa waktu. Masalahnya adalah konduktor yang diketahui berfungsi pada tingkat nanoskop memiliki struktur kristal yang sangat presisi, yang harus dibentuk pada suhu sangat tinggi.

Hal ini tidak dapat bekerja untuk semikonduktor dan chip, karena suhu tinggi akan menghancurkan komponen silikon yang rapuh.

Jadi, perlombaan dimulai untuk menemukan konduktor ultratipis yang tidak bergantung pada film tunggal kristalin.

Niobium Fosfida

Para peneliti bekerja dengan niobium fosfida, sebuah material yang dikenal memiliki sifat listrik unik, seperti elektron super cepat dan magnetoresistansi yang sangat tinggi. Material ini sudah digunakan dalam aplikasi laser serta daya tinggi / frekuensi tinggi.

Niobium fosfida disebut semimetal topologis: ini berarti bahwa meskipun seluruh material dapat menghantarkan listrik, permukaannya lebih konduktif daripada bagian tengah.

Untuk menyederhanakan konsep sedikit, kita dapat mengatakan semakin tipis lapisan niobium fosfida, semakin besar bagian permukaannya, dengan hampir tidak ada “tengah”. Akibatnya, dapat diharapkan semakin tipis niobium fosfida, semakin konduktif material tersebut.

And this is exactly what was observed by the researchers.

“Dulu dipikirkan bahwa jika kita ingin memanfaatkan permukaan topologis ini, kita memerlukan film tunggal kristalin yang bagus yang sangat sulit untuk diendapkan. Sekarang kami memiliki kelas material lain – semimetal topologis ini – yang berpotensi menjadi cara untuk mengurangi penggunaan energi dalam elektronik.”

Akash Ramdas – mahasiswa doktoral di Stanford

Ini adalah bidang yang sangat baru, dengan fisikawan mulai bereksperimen dengan semimetal topologis hanya sejak 2015. Dan film tipis <5nm belum pernah diproduksi sebelumnya.

Suhu Lebih Rendah untuk Aplikasi Komputasi

Suhu yang lebih rendah berarti niobium fosfida agak tidak teratur, dengan hanya nanokristal dalam matriks amorf.

Sumber: Stanford Report

Setelah analisis lebih lanjut, tampaknya konduktivitas tinggi didorong oleh saluran konduktif di permukaan film ultratipis.

Film ini dapat diendapkan pada suhu hanya 400°C (752°F), suhu yang cukup rendah untuk tidak merusak transistor silikon di sekitar dalam chip komputer. Jadi ini menjadikannya material ideal untuk menghubungkan komponen internal chip dengan resistansi rendah dan, oleh karena itu, produksi panas yang rendah.

“Jika Anda harus membuat kawat kristalin sempurna, itu tidak akan berhasil untuk nanoelektronik.

Tetapi jika Anda dapat membuatnya amorf atau sedikit tidak teratur dan masih memberikan sifat yang Anda butuhkan, itu membuka pintu bagi aplikasi dunia nyata yang potensial.”

Yuri Suzuki – Profesor Fisika Terapan

Konduktivitas Tinggi

Jika dibandingkan dengan film normal niobium fosfida, film tipis 5nm memiliki konduktivitas 6 kali lebih tinggi. Ini juga lebih rendah dibandingkan logam biasa seperti tembaga.

Ketika setebal 1,5 nm, material tersebut dua kali lebih konduktif dibandingkan tembaga.

Jadi, ini benar‑benar contoh pertama konduktor non‑kristalin, suhu rendah yang mengungguli konduktivitas logam normal pada skala nano.

Sumber: Stanford Report

“Elektronik dengan kepadatan sangat tinggi membutuhkan sambungan logam yang sangat tipis, dan jika logam tersebut tidak menghantarkan dengan baik, mereka kehilangan banyak daya dan energi.

Material yang lebih baik dapat membantu kami menghemat lebih sedikit energi pada kawat kecil dan lebih banyak energi untuk melakukan komputasi sebenarnya.”

Eric Pop – Profesor Teknik Elektro

Langkah Selanjutnya

Langkah selanjutnya yang paling mendesak adalah menguji pada chip nyata seberapa baik kawat niobium fosfida bekerja ketika diterapkan pada nanoelektronik, tidak hanya untuk konduktivitas tetapi juga untuk keandalan dan bagaimana dapat diintegrasikan ke dalam proses manufaktur.

Untuk itu, mereka pertama-tama perlu membangun nanokabel niobium fosfida dalam skala produksi.

Pekerjaan lain adalah memeriksa apakah konsep ini dapat diimplementasikan lebih baik oleh semimetal lain yang mungkin bekerja bahkan lebih baik daripada niobium.

“Agar kelas material ini diadopsi dalam elektronik masa depan, kami memerlukan mereka menjadi konduktor yang lebih baik lagi. Untuk itu, kami sedang mengeksplorasi semimetal topologis alternatif.”

Xiangjin Wu, mahasiswa doktoral di Stanford

Penghilangan panas kini menjadi salah satu proses yang paling banyak mengonsumsi daya di pusat data ini, sebanyak komputasi itu sendiri. Hal ini terutama berlaku untuk chip 5‑3 nm, yang diperlukan untuk pelatihan AI dan perhitungan paling kompleks.

Jadi, dalam jangka panjang, material yang konduktif pada skala nano akan menjadi keharusan, karena produksi panas menjadi masalah yang semakin besar bagi pusat data yang menggunakan chip canggih.

Kemungkinan juga bahwa film niobium fosfida ultratipis akan menemukan aplikasi lain dalam teknologi canggih, terutama di mana material ini sudah digunakan seperti peralatan laser atau telekomunikasi.

Berinvestasi dalam Material Konduktif Canggih

Seiring chip canggih dan elemen semikonduktor menjadi lebih kecil, industri berfokus pada beberapa produsen besar seperti TSMC (TSM ), Intel (INTC ) atau Nvidia (NVDA ) (ikuti tautan untuk laporan khusus masing‑masing perusahaan).

Anda dapat berinvestasi dalam perusahaan terkait semikonduktor melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, di securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.

Atau, jika Anda lebih suka pendekatan yang lebih terdiversifikasi, Anda dapat berinvestasi dalam ETF terkait semikonduktor seperti iShares Semiconductor ETF (SOXX), VanEck Semiconductor ETF (SMH), atau Global X Semiconductor ETF (SEMI).

Anda juga dapat mempelajari lebih lanjut tentang rantai pasokan peralatan manufaktur semikonduktor dan perusahaan kunci dalam “10 Saham Peralatan Semikonduktor Teratas untuk Dukungan Manufaktur”.

Perusahaan Material Canggih untuk Komputasi

International Business Machines Corporation 

International Business Machines Corporation (IBM) adalah kekuatan utama di balik komersialisasi komputer mainframe pertama. Ia juga merupakan mitra industri utama dengan peneliti Stanford untuk proyek niobium fosfida mereka.

Perusahaan ini tertinggal dalam volume produksi dibandingkan raksasa teknologi lain seperti Apple, TSMC, dan NVIDIA.

Namun, ia berada di garis depan pengembangan material dan teknologi komputasi baru.

IBM berada di garis depan kemajuan dalam teknologi konduksi, dan semimetal topologis hanyalah salah satu bidang tersebut. Jadi, ia tidak hanya terdepan dalam material konduktif ultratipis baru, tetapi juga dalam superkonduktor suhu tinggi.

Superkonduktor semacam itu sangat penting untuk komputer kuantum. Baru-baru ini, IBM mengembangkan “Condor”, sebuah prosesor kuantum dengan 1.121 qubit superkonduktor berbasis teknologi gerbang cross‑resonance, bersama dengan “Heron”, sebuah prosesor kuantum di ujung terdepan bidang ini.

Sumber: IBM

IBM terlibat dalam sebagian besar inovasi mutakhir lainnya di bidang komputasi dan industri semikonduktor. Ini termasuk material organik konduktif, komputasi neuromorfik, fotonik, dll.

Sejauh ini, IBM telah menjadi “perusahaan paten” dengan keahlian dalam mengembangkan metode komputasi baru dan melisensikannya ke industri.

Sejauh ini, IBM tampak sangat bertekad untuk memegang sebanyak mungkin paten kunci dalam semua metode komputasi non‑silicon, meniru kesuksesan masa lalunya ketika berkontribusi secara besar-besaran dalam mengembangkan industri semikonduktor menjadi raksasa seperti sekarang.

Niobium fosfida dan teknologi terkait semimetal topologis lainnya akan sangat cocok dengan strategi tersebut, dengan IBM mengembangkan teknologi untuk menggantikan tembaga dalam kasus ini, dan kemudian melisensikannya ke pabrik chip besar untuk tahap manufaktur.

Referensi Studi:

^{1. Khan, A. I., et al. (2025). Konduksi permukaan dan resistivitas listrik yang berkurang pada semimetal NbP nonkristalin ultratipis. Science, 387(62–67). https://doi.org/10.1126/science.adq7096}