加拿大麥基爾大學(McGill University)的物理學家們證實，當導線是由兩種不同類金屬組成時，電流有可能會大幅度降低。這意味著未來的半導體設計可能遇到技術障礙。

上述研究人員是與美國汽車大廠通用(GM)研發部門共同合作，發現出人意料的電流遽降現象，該現象揭示了在新興的奈米電子領域，材料的選擇與元件設計可能會成為一大挑戰。

隨著半導體元件尺寸不斷縮小，未來晶片的設計工程師需了解當金屬導線直徑被局限到僅有數個原子寬時，電荷的行為模式是如何變化。麥基爾大學物理學教授Peter Grutter表示，當晶片線路尺寸逐漸微縮至原子等級，電流阻抗將不再隨著元件的微縮以恒定速率增加；相反的，電阻會“到處亂跳”，展現量子力學的反直覺效應(counterintuitive effect)。

“這個現象可以用橡膠水管來比喻，”Grutter表示：“如果你保持水壓恒定，當縮小水管的直徑，出來的水量就會比較少；而如果將水管的尺寸縮小到麥稈大小，直徑僅2~3個原子寬，出水量將不再隨著水管橫切面尺寸成比例縮減，其量化(跳躍)方式會是變動的。”

量子怪現象

Grutter與麥基爾大學同仁以及通用公司的研究人員將這種“量子怪現象(quantum weirdness)”寫成論文，發表在美國國家科學院公報(Proceedings of the National Academy of Sciences)。該團隊研究了一種超小型的金與鎢(tungsten)合金觸點，這兩種金屬目前時常組合應用于半導體元件中，做為連結裝置內不同零組件的導線。

在Grutter的實驗室內，研究人員以先進的顯微鏡技術，以原子及精密度擷取鎢探針與金表面的影像，并以控制精度(precisely-controlled)方法將這兩種金屬結合；而他們發現，通過這種合金觸點的電流比預期低很多。麥基爾大學研究團隊與通用公司研發中心的科學家Yue Qi合作，完成了這種合金觸點的原子結構機械模型，證實兩種金屬之間電子結構的相異性會導致電流降低四倍，就算兩種材料達成完美介面(perfect interface)也是一樣。

此外研究人員也發現，因為結合兩種金屬材料而產生的晶體缺陷(crystal defect)──正常情況下完美排列的原子發生錯位－－是造成電流下降現象的進一步原因。

正在使用場離子顯微鏡(field ion microscope)的麥基爾大學學生Till Hagedorn

Grutter表示，它們的研究結果顯示，未來需要有更多相關研究來克服這樣的問題，可能是透過材料的選擇或是其他的處理技術：“我們觀察到的電流下降幅度，比大多數專家所預期的高出十倍之多。要找到解決方案的第一步就是意識到此問題，而我們是第一次證實此為奈米電子系統會遭遇的重要問題。”

 (原文：Researchers spot materials challenges for future chips，by Dylan McGrath)