利用费米面各向异性实现纳米金属中超低电子-表面散射

随着纳米尺寸减小，金属导线电阻率上升是半导体计算技术的主要性能瓶颈。我们表明，具有适当各向异性费米速度分布的金属可以强烈抑制表面对电子的散射，并在纳米导线中优于铜等各向同性导体。我们推导了各向异性导体电阻率标度对应的描述符，利用该描述符的第一性原理计算筛选了数千种金属，并确定了最有前景的纳米互连材料。先前提出的层状导体（如 MAX 相和 delafossite）在薄膜中表现出前景，但由于来自侧壁的散射增加，在窄导线中则不然。我们发现某些具有一维各向异性费米速度的金属间化合物（特别是 CoSn）和硼化物（如 YCo$_3$B$_2$）对窄导线最有前景。结合第一性原理电子-声子散射预测，我们表明所提出的材料在 5 nm 导线尺寸下表现出比铜低 2-3 倍的电阻率。