Naukowcy stworzyli niezwykły półprzewodnik z grafenu. Elektronika pożegna krzem?

Naukowcy z Georgia Institute of Technology opracowali pierwszy na świecie działający chip wykonany z grafenu. Dotychczas wydawało się to niemożliwe. To może być technologiczna rewolucja.

Publikacja: 15.02.2024 11:41

Grafen jest wielką nadzieją naukowców z całego świata. Materiał może odmienić wiele dziedzin, w tym

Grafen jest wielką nadzieją naukowców z całego świata. Materiał może odmienić wiele dziedzin, w tym elektronikę

Foto: Bloomberg

Grafen to płaska struktura złożona z atomów węgla, połączonych w sześciokąty. Materiał kształtem przypomina plaster miodu, a ponieważ ma jednoatomową grubość, w przybliżeniu jest strukturą dwuwymiarową.

Półprzewodniki, podstawowe materiały umożliwiające przepływ prądu elektrycznego w określonych warunkach, mają kluczowe znaczenie dla działania urządzeń elektronicznych. Przełom dokonany przez zespół naukowców otwiera drzwi do nowego sposobu tworzenia elektroniki. Ich odkrycie następuje w czasie, gdy krzem – materiał, z którego wykonana jest niemal cała współczesna elektronika – osiąga swoje granice w obliczu coraz szybszych komputerów i zmniejszających się urządzeń elektronicznych.

Koniec krzemu, czas na grafen

Walter de Heer, profesor fizyki w Georgia Tech, kierował zespołem naukowców z Atlanty i Tianjin w Chinach, aby wyprodukować półprzewodnik grafenowy kompatybilny z konwencjonalnymi metodami przetwarzania mikroelektroniki – co jest koniecznością dla każdej realnej alternatywy dla krzemu. W badaniach opublikowanych w czasopiśmie „Nature" de Heer i jego zespół pokonali najważniejszą przeszkodę, która od dziesięcioleci jest problematyczna w badaniach nad grafenem i jest powodem, dla którego wielu uważało, że elektronika grafenowa nigdy nie będzie działać. Znana jako „przerwa wzbroniona” jest kluczową właściwością elektroniczną, która umożliwia włączanie i wyłączanie półprzewodników. Grafen nie miał przerwy zabronionej – aż do teraz.

Czytaj więcej

Sztuczna inteligencja napędza boom na chipy. Ale król jest jeden

- Mamy teraz niezwykle wytrzymały półprzewodnik grafenowy o ruchliwości 10 razy większej niż krzem, a także posiadający unikalne właściwości niedostępne w przypadku krzemu – powiedział de Heer, cytowany przez scitechdialy..

De Heer dokonał przełomu, gdy wraz ze swoim zespołem odkrył, jak hodować grafen na płytkach z węglika krzemu przy użyciu specjalnych pieców. Wyprodukowali grafen epitaksjalny, który jest pojedynczą warstwą rosnącą na powierzchni kryształu węglika krzemu. Zespół odkrył, że po prawidłowym wykonaniu grafen epitaksjalny związał się chemicznie z węglikiem krzemu i zaczął wykazywać właściwości półprzewodnikowe.

Szybsze obliczenia, większa wydajność

W swojej naturalnej postaci grafen nie jest półprzewodnikiem ani metalem, ale półmetalem. Pasmo wzbronione to materiał, który można włączać i wyłączać po przyłożeniu do niego pola elektrycznego. Tak działają wszystkie tranzystory i krzemowa elektronika. Głównym pytaniem w badaniach nad elektroniką grafenu było to, jak go włączać i wyłączać, aby mógł działać jak krzem.

Czytaj więcej

Skok sztucznej inteligencji. Tranzystor i sztuczne synapsy będą działać jak mózg

Pomiary zespołu wykazały, że półprzewodnik grafenowy ma 10 razy większą ruchliwość niż krzem. Innymi słowy, elektrony poruszają się z bardzo niskim oporem, co w elektronice oznacza szybsze obliczenia. Grafen jest też bardziej wydajny, nie nagrzewa się tak bardzo i pozwala na osiągnięcie wyższych prędkości, dzięki czemu elektrony mogą poruszać się szybciej.

Grafen epitaksjalny może spowodować zmianę paradygmatu w elektronice i pozwolić na zupełnie nowe technologie wykorzystujące jego unikalne właściwości.

Grafen to płaska struktura złożona z atomów węgla, połączonych w sześciokąty. Materiał kształtem przypomina plaster miodu, a ponieważ ma jednoatomową grubość, w przybliżeniu jest strukturą dwuwymiarową.

Półprzewodniki, podstawowe materiały umożliwiające przepływ prądu elektrycznego w określonych warunkach, mają kluczowe znaczenie dla działania urządzeń elektronicznych. Przełom dokonany przez zespół naukowców otwiera drzwi do nowego sposobu tworzenia elektroniki. Ich odkrycie następuje w czasie, gdy krzem – materiał, z którego wykonana jest niemal cała współczesna elektronika – osiąga swoje granice w obliczu coraz szybszych komputerów i zmniejszających się urządzeń elektronicznych.

Pozostało 81% artykułu
0 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Technologie
Wystarczy impuls za 13 centów, by zniszczyć rój dronów. Nowa super broń Brytyjczyków
Technologie
Zamrażanie ma pozwolić na przywrócenie życia. Tylko trzeba dać sobie odciąć głowę
Technologie
„Ojciec chrzestny AI": Sztuczna inteligencja zabierze pracę. Stała kwota dla każdego
Technologie
Mocarstwa testują działa elektromagnetyczne. Spektakularna porażka Chin
Technologie
Naukowcy odkryli, jak usuwać „wieczne chemikalia”. Zaskakujące rozwiązanie z USA