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.

Technologie
Chcą dostarczyć niezwykłą broń Ukrainie. Moneta trafiona z odległości kilometra
Materiał Promocyjny
Tajniki oszczędnościowych obligacji skarbowych. Możliwości na różne potrzeby
Technologie
Naukowcy opracowali „inteligentny” płyn. Ma odmienić robotykę i motoryzację
Technologie
Przełomowy projekt w kosmosie. Stacja wielkości stadionu zostanie... nadmuchana.
Technologie
Nowy szczyt absurdu: uczeń pisze pracę, nauczyciel ją sprawdza. Za obu robi to AI
Materiał Promocyjny
Naukowa Fundacja Polpharmy ogłasza start XXIII edycji Konkursu o Grant Fundacji
Technologie
Sztuczna inteligencja może doprowadzić do wymierania języków. Polski jest zagrożony?