Maaaring Gawing Mas Epektibo ang Mga Data Center ng Niobium Phosphide Sa Pamamagitan ng Pagtugon sa Mahinang Ugnayan ng Materyales

Kailangang Bagong Konduktor Para sa Nanochips

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 ), na ngayon ay umaabot na sa mga chip node na 3 o kahit 2 nm (nanometer) na sukat.

Gayunpaman, sa sukat na ito, may ilang bagong isyu na lumilitaw na hindi kaugnay sa mga semiconductor. Isa sa mga ito ay ang tradisyonal na mga konduktang materyales tulad ng tanso ay hindi mahusay magpadaloy ng kuryente kapag ang metal na wire ay napakamaninipis.

Maaaring magdulot ito ng mga bottleneck para sa kuryente sa loob ng mga chip, na nagpapababa ng kapangyarihan sa pagkompyut at pangkalahatang kahusayan, pati na rin nagdudulot ng sobrang pag-init.

Kaya’t mahalagang balita na ang mga mananaliksik mula sa Stanford University, Ajou University, Suwon (South Korea), at IBM Watson Research Center ay nakabuo ng isang napakamaninipis na materyal na mas mahusay magpadaloy ng kuryente kaysa tanso sa mga kondisyong ito.

They published their discovery in the prestigious scientific journal Science, titled “Pagdaloy sa ibabaw at nabawasang resistensiya ng kuryente sa napakamaninipis na noncrystalline NbP semimetal¹”.

Pagpapalit ng Tanso sa Pagkokompyut

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.

Gayunpaman, dahil sa mas mahina ang konduktibidad ng tanso sa mga nanoscale na mas mababa sa 50nm, ang mga mananaliksik ay naghahanap na ng mga alternatibo. Ang problema ay ang mga kilalang konduktor na gumagana sa antas ng nanoscale ay may napaka-eksaktong kristalinong estruktura, na kailangang mabuo sa napakataas na temperatura.

Hindi ito maaaring gumana para sa mga semiconductor at chip, dahil ang mataas na temperatura ay sisirain ang marupok na mga silicon na bahagi.

So, the race was on to find an ultrathin conductor that did not rely on single-crystalline films.

Niobium Phosphide

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.

Ang niobium phosphide ay tinatawag na topological semimetal: nangangahulugan ito na habang ang buong materyal ay maaaring magdala ng kuryente, ang ibabaw ay mas konduktibo kaysa sa gitna.

Upang bahagyang pasimplehin ang konsepto, maaari nating sabihing kung mas manipis ang patong ng niobium phosphide, mas maraming bahagi ng ibabaw ang naroroon, halos walang “gitna”. Bilang resulta, maaasahan na kung mas manipis ang niobium phosphide, mas nagiging konduktibo ito.

And this is exactly what was observed by the researchers.

“Naisip na kung nais nating samantalahin ang mga topological na ibabaw, kailangan natin ng magagandang single-crystalline na pelikula na talagang mahirap i-deposit. Ngayon ay mayroon na tayong ibang klase ng mga materyales – ang mga topological semimetals – na maaaring magsilbing paraan upang mabawasan ang paggamit ng enerhiya sa mga elektronikong aparato.”

Akash Ramdas – isang doctoral na mag-aaral sa Stanford

Ito ay isang napakabagong larangan, kung saan ang mga pisiko ay nagsimulang mag-eksperimento sa mga topological semimetals lamang mula noong 2015. At ang <5nm na manipis na pelikula ay hindi kailanman nagawa noon.

Mas Mababang Temperatura para sa mga Aplikasyon sa Pagkokompyut

The lower temperature means the niobium phosphide is somewhat disorganized, with only nanocrystals in an amorphous matrix.

Pinagmulan: Stanford Report

Sa karagdagang pagsusuri, lumalabas na ang mataas na konduktibidad ay pinapalakas ng mga konduktibong channel sa ibabaw ng napakamaninipis na pelikula.

Ang pelikula ay maaaring i-deposit sa halagang 400°C (752°F) lamang, isang temperatura na sapat na mababa upang hindi masira ang kalapit na mga silicon transistor sa isang computer chip. Kaya’t ito ay magiging perpektong materyal para sa pagkonekta ng panloob na bahagi ng chip na may mababang resistensya at, samakatuwid, mababang paglikha ng init.

“Kung kailangan mong gumawa ng perpektong kristalinong mga wire, hindi ito gagana para sa nanoelectronics.

Ngunit kung maaari mo silang gawing amorphous o bahagyang magulo at nagbibigay pa rin ng mga katangiang kailangan mo, binubuksan nito ang pintuan sa mga potensyal na aplikasyon sa totoong mundo.

Yuri Suzuki – Propesor ng Applied Physics

Mataas na Konduktibidad

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.

Kung ihahambing sa karaniwang mga pelikula ng niobium phosphide, ang 5nm na manipis na pelikula ay 6 na beses na mas konduktibo. Mas mababa rin ito kaysa sa karaniwang mga metal tulad ng tanso.

Kapag 1.5 nm ang kapal, ang materyal ay dalawang beses na mas konduktibo kaysa tanso.

Kaya, ito ay tunay na unang halimbawa ng mga non-crystalline, mababang-temperaturang konduktor na humihigitan ang konduktibidad ng karaniwang mga metal sa nanoscale.

Pinagmulan: Stanford Report

“Talagang nangangailangan ang mga high-density na elektronikong kagamitan ng napakamaninipis na metal na koneksyon, at kung ang mga metal na iyon ay hindi mahusay magpadaloy, nawawalan sila ng maraming kapangyarihan at enerhiya.

Ang mas magagandang materyales ay makakatulong sa atin na gumastos ng mas kaunting enerhiya sa maliliit na wire at mas maraming enerhiya para sa aktwal na pagkompyut.

Eric Pop – Propesor ng Electrical Engineering

Mga Susunod na Hakbang

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.

Para diyan, kailangan muna nilang magtayo ng niobium phosphide nanowire sa sukat ng produksyon.

Isa pang gawain ay suriin kung ang konseptong ito ay maaaring mas mahusay na dalhin ng ibang semimetals na maaaring gumana nang mas mahusay kaysa niobium.

“Para ang klase ng mga materyales na ito ay magamit sa mga hinaharap na elektronikong aparato, kailangan nating gawing mas mahusay pa ang kanilang konduktibidad. Dahil dito, sinusuri namin ang mga alternatibong topological semimetals.”

Xiangjin Wu, isang doctoral na mag-aaral sa Stanford

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.

Kaya, sa pangmatagalan, ang mga materyales na konduktibo sa nanoscale ay magiging kinakailangan, dahil ang paglikha ng init ay nagiging lalong malaking problema para sa mga data center na gumagamit ng advanced na mga chip.

Posible rin na ang napakamaninipis na mga pelikula ng niobium phosphide ay makakahanap ng ibang aplikasyon sa mga advanced na teknolohiya, lalo na kung saan ginagamit na ang materyal na ito tulad ng laser o kagamitan sa telecom.

Pamumuhunan sa Mga Advanced na Konduktibong Materyales

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 ) (sundan ang mga link para sa mga dedikadong ulat para sa bawat kumpanyang ito).

Maaari kang mamuhunan sa mga kumpanyang may kaugnayan sa semiconductor sa pamamagitan ng maraming broker, at maaari mong makita dito, sa securities.io, ang aming mga rekomendasyon para sa pinakamahusay na mga broker sa USA, Canada, Australia, UK, at pati na rin sa maraming ibang bansa.

O, kung mas gusto mo ang mas diversified na pamamaraan, maaari kang mamuhunan sa mga semiconductor-related na ETF tulad ng iShares Semiconductor ETF (SOXX), ang VanEck Semiconductor ETF (SMH), o ang Global X Semiconductor ETF (SEMI).

Maaari mo ring matutunan pa ang higit tungkol sa supply chain ng kagamitan sa paggawa ng semiconductor at mga pangunahing kumpanya sa “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”.

Kumpanya ng Advanced na Materyales sa Pagkokompyut

International Business Machines Corporation 

Ang International Business Machines Corporation (IBM) ay ang nangungunang puwersa sa likod ng komersyalisasyon ng unang mainframe computer. Ito rin ang pangunahing industriyal na kasosyo ng mga mananaliksik sa Stanford para sa kanilang proyekto sa niobium phosphide.

Ang kumpanya ay nahuhuli na sa dami ng produksyon kumpara sa ibang mga higanteng teknolohiya tulad ng Apple, TSMC, at NVIDIA.

Gayunpaman, ito ay nasa unahan ng pag-develop ng mga bagong materyales at teknolohiya sa pagkokompyut.

Ang IBM ay nasa unahan ng pag-unlad sa teknolohiyang konduktibo, at ang mga topological semimetals ay isa lamang sa mga larangang iyon. Kaya hindi lamang ito nangunguna sa mga bagong napakamaninipis na konduktibong materyal, kundi pati na rin sa mga high-temperature superconductors.

Ang mga ganitong superconductors ay mahalaga para sa mga quantum computer. Kamakailan, nag-develop ang IBM ng “Condor”, isang 1,121 superconducting qubit quantum processor na batay sa cross‑resonance gate technology, kasama ang “Heron”, isang quantum processor na nasa pinakailalim ng larangan.

Pinagmulan: IBM

Ang IBM ay kasangkot sa karamihan ng iba pang mga cutting‑edge na inobasyon sa pagkokompyut at industriya ng semiconductor. Kabilang dito ang conducting organic materials, neuromorphic computing, photonics, atbp.

Pinagmulan: IBM

Sa ilang antas, ang IBM ay naging isang “patent company” na may kadalubhasaan sa pag-develop ng mga bagong pamamaraan sa pagkokompyut at pag‑license nito sa industriya.

Sa ngayon, tila napaka‑determinadong hawakan ng IBM ang maraming susi na patente sa lahat ng non‑silicon na pamamaraan sa pagkokompyut hangga’t maaari, na ginagaya ang nakaraang tagumpay nito nang malaki ang ambag sa pag‑develop ng industriya ng semiconductor tungo sa higanteng ito ngayon.

Ang niobium phosphide at iba pang teknolohiyang may kaugnayan sa topological semimetals ay akma sa estratehiyang ito, kung saan ang IBM ay nagde‑develop ng teknolohiya upang palitan ang tanso sa mga kasong ito, at pagkatapos ay i‑license ito sa malalaking chip foundries para sa mga hakbang sa paggawa.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{1. Khan, A. I., et al. (2025). Pagdaloy sa ibabaw at nabawasang resistensiya ng kuryente sa napakamaninipis na noncrystalline NbP semimetal. Science, 387(62–67). https://doi.org/10.1126/science.adq7096}