半導体は現代のエレクトロニクスに欠かせない重要な部品であり、一般的に使用されている材料はシリコンです。しかし、シリコンを含むすべての半導体は量子力学的な速度低下に悩まされ、エネルギーが熱として失われてしまいます。
実験では、Re6Se8Cl2はシリコンの電子の2倍の速度で準粒子を運ぶ驚くべき能力を示し、世界最速の半導体となりました。この卓越した性能の鍵は、原子の振動によって発生する量子粒子であるフォノンのユニークな振る舞いにあります。Re6Se8Cl2では、エネルギー粒子とフォノンが結合すると、音響励起子ポーラロンと呼ばれる準粒子が形成されます。
従来の半導体とは異なり、これらの準粒子は散乱することなく移動します。
超原子半導体とシリコンの違いは、亀とウサギの寓話に似ている。(Image: Jack Tulyag, Columbia University）
さらに、Re6Se8Cl2は電気に頼らず光で制御できるため、室温で現在のギガヘルツチップより6桁も速い、信じられないほど高速なフェムト秒スケールのデバイスの動作が可能になります。
この発見は、新しい顕微鏡の解像度をテストする実験から生まれた偶然の産物でした。レニウム、セレン、塩素原子で構成されるRe6Se8Cl2は、予想を裏切り、従来の半導体とは比較にならないほどのスピードを実現しました。
この超原子半導体は大きな可能性を秘めているが、レニウムは希少で高価な元素であるという欠点があります。つまり、レニウムは希少で高価な元素であるため、日常的なガジェットの標準部品になることは難しいです。
この研究は、他の超原子物質（おそらくもっと入手しやすい元素で構成され、類似の、あるいはさらに優れた特性を持つ）を特定できる理論や画像技術の開発につながった。
究極の半導体の探求は続き、電子機器が現在の理解を超えるスピードで動作する未来に近づいている。
