Računalni čipovi se smanjuju prema svojim apsolutnim fizičkim granicama, ostavljajući mikroskopske bakrene žice unutar njih bez prostora za disanje. Problem nije u bakru, već u glomaznoj izolaciji kojom je omotan. 

Svaka nanoskalna bakrena žica unutar modernog procesora zahtijeva dva sloja zaštite. Sloj barijere sprječava curenje atoma bakra, što bi moglo izazvati  kratki spoj u čipu. Sloj obloge djeluje kao strukturno ljepilo, osiguravajući glatko lijepljenje bakra za temelj čipa.

Danas tehnološka industrija koristi materijale na bazi tantala za ove premaze. Ali, teško ih je smanjiti.

Sa smanjivanjem komponenti čipa, ovi glomazni premazi troše polovicu presjeka žice, povećavajući električni otpor i gušeći performanse čipa. Kako bi riješili ovaj problem, istraživači su uspješno uzgojili ultratanki film volframovog disulfida, tanak tek 0,7 nanometara, koji djeluje i kao obloga i kao barijera.

Labirint kao rješenje

Inače su potrebna dva potpuno odvojena materijala za obavljanje dvostrukih zadataka adhezije i izolacije. Kako jedan sloj atoma zamjenjuje glomazni, višematerijalni sloj? To se događa kroz namjerni strukturni labirint.

Korištenjem naprednog računalnog modeliranja, istraživači su otkrili kako film volframovog disulfida raste u kaotičnom, polikristalnom uzorku. Izrađen je od sitnih, mikroskopskih zrna. Kada se slojevito nanose, ta zrna su potpuno neusklađena. Slučajne orijentacije zrna između slojeva stvaraju labirint koji atomi bakra teško prolaze.

Kada je testiran pod zahtjevima obrade s visokim uvjetima rada, atomski štit smanjio je električni otpor za milijun puta, ostavljajući prostor 20-nanometarske žice širom otvorenim za bakrenu struju smanjenjem otiska premaza na samo sedam posto. Osim toga, metoda je produžila predviđeni vijek trajanja ožičenja za više od 10 puta pod ekstremnim električnim naprezanjem.

Dizajniran za trenutnu komercijalnu isplativost, proces rasta bez plazme tima radi na niskim temperaturama od 350 °C, kako bi se spriječilo oštećenje temeljnih komponenti čipa. Ova metoda je prva koja istovremeno zadovoljava sva četiri stroga industrijska standarda proizvodnje: izvedba na niskim temperaturama, ujednačeno pokrivanje cijelih pločica, kontrola debljine na atomskoj razini i preko 95 posto konformnog premaza unutar dubokih, uskih rovova.

Novi materijal tanji je od bilo kojeg barijernog cilja postavljenog na međunarodnom planu razvoja poluvodičke tehnologije do 2037. godine. Rezultati istraživanja su objavljeni u časopisu Nature Electronics.