นักวิจัย “มทส” เจ๋ง! ค้นพบ “สนิมโลหะ” อัจฉริยะ-ก้าวสู่การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ล้ำยุคของโลก

ศูนย์ข่าวนครราชสีมา- นักวิจัย “มทส” โคราช สุดเจ๋ง! ร่วมสถาบันแสงซินโครตรอนและชาวต่างชาติ ศึกษาค้นพบผลึกสนิมโลหะ “SrTiO3” สารกึ่งตัวนำอัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีแสงซินโครตรอน ระบุ มีศักยภาพสูง-คุณสมบัติพิเศษหลากหลาย-คล่องตัวสูง ทำงานรวดเร็วกว่าสารกึ่งตัวนำแบบเดิม ชี้ เป็นการค้นพบครั้งสำคัญระดับโลกเพื่อก้าวข้ามขีดจำกัดนำไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ล้ำยุค เผยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการวิทยาศาสตร์อันดับ 1 ของโลก

ผู้สื่อข่าวรายงานว่า ที่สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) จ.นครราชสีมา สังกัดกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ดร.วรวัฒน์ มีวาสนา นักวิจัยสาขาวิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี (มทส) จ.นครราชสีมา ได้เปิดแถลงความสำเร็จในการวิจัยค้นพบผลึกสนิมโลหะ ด้วยเทคโนโลยีแสงซินโครตรอน ชื่อ “สตรอนเทียมไทเทเนียมไตรออกไซด์” (SrTiO3) สารกึ่งตัวนำอัจฉริยะที่มีศักยภาพสูงในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ล้ำยุค ซึ่งถือเป็นการศึกษาค้นพบครั้งสำคัญระดับโลก

ดร.วรวัฒน์ มีวาสนา นักวิจัยสาขาวิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี (มทส) กล่าวถึงความเป็นมาว่า อุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันอาศัยความสามารถของ “สารกึ่งตัวนำ” หรือที่ใช้กันมากที่สุด คือ ธาตุซิลิกอน ซึ่งสารกึ่งตัวนำนี้มีความหมายตามชื่อ คือ สามารถเปลี่ยนไปมาได้ระหว่างการเป็นตัวนำไฟฟ้าและตัวฉนวน (ไม่นำไฟฟ้า) การเปลี่ยนไปมานี้ เป็นสมบัติสำคัญในการสั่งงานให้เปิดกับปิด ที่เปรียบได้เป็น 0 กับ 1 ในโลกดิจิตอล ซึ่งพัฒนากลายมาเป็นคอมพิวเตอร์ และ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างมากอยู่ในขณะนี้

อย่างไรก็ตาม การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยใช้สารกึ่งตัวนำแบบดั้งเดิมเข้าใกล้จุดอิ่มตัวเต็มที และความเร็วของชิปคอมพิวเตอร์ไม่อาจจะพัฒนาให้สูงไปได้กว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน จึงเกิดคำถามว่า “เรามีทางที่จะก้าวข้ามขีดจำกัดนี้ไปได้หรือไม่”

ดร.วรวัฒน์ กล่าวต่อว่า เมื่อไม่นานมานี้มีนักวิจัยต่างประเทศ ค้นพบว่า เมื่อนำผลึกสนิมโลหะจากไททาเนียมและอะลูมิเนียม สองชนิดมาประกบกัน พบว่า ที่บริเวณรอยต่อมีชั้นอิเล็กตรอนสองมิติเกิดขึ้นที่ความหนาประมาณ 2-10 นาโนเมตร ชั้นอิเล็กตรอนสองมิตินี้มีสมบัติที่หลากหลายมาก ทั้งสามารถเปลี่ยนจากตัวฉนวนมาเป็นตัวนำไฟฟ้า คล้ายกับสารกึ่งตัวนำได้ แต่ยังสามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีค่าความต้านทานเปลี่ยนอย่างฉับพลันเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก และ ยังเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด (ความต้านทานเป็นศูนย์) ได้อีกด้วย ซึ่งคุณสมบัติหลากหลายนี้ กลายเป็นความหวังใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำในการพัฒนาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ที่ชื่อว่า “all-oxide devices”

ดร.วรวัฒน์ กล่าวต่อว่า สำหรับงานวิจัยผลึกสนิมโลหะ “สตรอนเทียมไทเทเนียมไตรออกไซด์” ศักยภาพสูงของตน เป็นการทำงานร่วมกันระหว่างสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน กับ คณะนักวิจัยจากสหรัฐอเมริกา และสหราชอาณาจักร โดยได้ทำการศึกษาผลึกสนิมโลหะชื่อว่า สตรอนเทียมไทเทเนียมไตรออกไซด์ (SrTiO3) ที่มีศักยภาพสูงในการพัฒนาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ โดยพบว่า ชั้นอิเล็กตรอนสองมิติของผลึกสนิมนี้ สามารถเกิดได้บนผิวของผลึก “SrTiO3” โดยไม่ต้องมีการประกบ ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากการฉายแสงซินโครตรอนที่มีความเข้มสูงลงบนผิว วิธีการดังกล่าวอาจใช้เป็นวิธีในการสร้างลวดลายของชั้นอิเล็กตรอนที่ราคาถูกและรวดเร็วได้ สำหรับใช้ในวงจรไฟฟ้าชนิดใหม่

นอกจากนี้ หลังจากการทดสอบคุณสมบัติของผลึกสองมิติด้วยเทคนิคโฟโตอิมิชชัน โดยใช้แสงซินโครตรอน พบว่า อิเล็กตรอนที่ถูกขังในชั้นอิเล็กตรอนสองมิตินี้ มีคุณสมบัติพิเศษที่หลากหลาย และมีความคล่องตัวที่สูง (high electron mobility) โดยอาจเปรียบได้กับคนทำงานที่จับปลาหลายมือแต่กลับยังทำงานได้ดีและรวดเร็ว ข้อมูลนี้แสดงถึงศักยภาพของผลึกสนิมนี้ที่ทำงานได้หลากหลายกว่าสารกึ่งตัวนำเดิม และ ทำงานได้รวดเร็ว

อย่างไรก็ตาม การที่นำผลึกสนิมโลหะไปใช้แทนสารกึ่งตัวนำที่ใช้อยู่ในปัจจุบันจะต้องมีขั้นตอนที่หลากหลาย ขณะนี้อยู่ระหว่างการทดลอง ซึ่งหากนำไปใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องคอมพิวเตอร์จะทำให้การทำงานรวดเร็วมากยิ่งขึ้นกว่าปัจจุบัน คาดว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าบริษัทชั้นนำของโลกจะมีการนำผลึกสนิมโลหะดังกล่าวมาพัฒนาให้ใช้ได้จริงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แน่นอน

“งานวิจัยชิ้นนี้เป็นอีกหนึ่งงานวิจัยที่ต่อยอดงานวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ขั้นสูง เช่น ไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์ ที่ประสบความสำเร็จด้วยเทคโนโลยีแสงซินโครตรอน ผลงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารในเครือ Nature ซึ่งถือว่าเป็นวารสารทางวิชาการที่ได้รับการยอมรับเป็นอันดับหนึ่งของโลก และได้รับความเชื่อถืออย่างสูงจากนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก” ดร.วรวัฒน์ กล่าว