Oamenii de știință au creat primul semiconductor funcțional pe bază de grafen din lume, care ar putea deschide calea pentru cipuri care alimentează PC-uri și calculatoare cuantice mult mai rapide în viitor.
Noul material semiconductor, realizat din grafen epitaxial (o structură cristalină specială de carbon legat chimic de carbură de siliciu), permite mai multă mobilitate decât siliciu, adică electronii se mișcă cu o rezistență mai mică. Tranzistoarele realizate în acest mod pot funcționa la frecvențe terahertzi – de 10 ori mai rapide decât tranzistoarele pe bază de siliciu utilizate în cipurile folosite astăzi – au scris cercetătorii într-un studiu publicat pe 3 ianuarie în jurnal. Natură.
Semiconductorii au proprietăți atât ale conductorilor, cât și ale izolatorilor. La intervalul potrivit de temperatură, electronii se deplasează prin materialul semiconductor – dar numai dacă se aplică o anumită cantitate de energie.
Aproape fiecare cip folosește un semiconductor fabricat din siliciu, dar materialul își atinge limitele, cercetătorul principal Walt de Heer, profesor la Institutul de Tehnologie din Georgia, a spus Live Science într-un e-mail. Aceste limite includ viteza maximă la care tranzistorii pot „comuta” între pozițiile lor de pornire-oprire, căldura pe care o generează prin rezistență și cea mai mică dimensiune pe care oamenii le pot produce.
Aceasta înseamnă progresele rapide pe care le-am văzut de-a lungul istoria calculatoarelor încep să încetinească.
Legate de: Magnetism rar găsit în cel mai puternic material din lume
GrafenÎntre timp, este format dintr-un singur strat de atomi de carbon legați strâns într-o rețea hexagonală și este un conductor mai bun decât siliciul, ceea ce înseamnă că electronii se mișcă cu mai puțină rezistență prin material.
În ciuda proprietăților sale favorabile, grafenul nu a fost niciodată folosit în electronică din cauza lipsei unui „band gap” – o cantitate minimă de energie necesară pentru a muta electronii atunci când i se aplică un câmp electric. Gapurile de bandă sunt cele care permit tranzistorilor să se pornească și să se oprească.
Pentru a funcționa ca un tranzistor funcțional, grafenul trebuie tratat într-un fel, dar în trecut, acest lucru și-a deteriorat proprietățile, a spus de Heer.
Dar cercetătorii au rezolvat această provocare prin topirea grafenului pe carbură de siliciu folosind cuptoare speciale și un proces special de încălzire și răcire. Punând atomi pe grafen care „donează” electroni sistemului, care este cunoscut sub numele de „doping”, au creat un semiconductor funcțional de grafen cu o bandă interzisă.
Acesta nu numai că este primul semiconductor pe bază de grafen care funcționează, dar poate fi și integrat în procesele de producție existente. Tranziția de la fabricarea de plachete de siliciu la plachetele cu carbură de siliciu utilizate în grafenul epitaxial este „destul de fezabilă”, a spus de Heer.
Semiconductorii pe bază de grafen au, de asemenea, o potențială utilizare viitoare în calculul cuantic, au scris cercetătorii în studiu.
„Ca și lumina, electronii din grafen au proprietăți mecanice cuantice asemănătoare undelor care pot fi accesați în dispozitive, în special la temperaturi foarte scăzute”, a spus de Heer.
Acesta este un domeniu pe care oamenii de știință speră să îl exploreze în cercetările ulterioare, dar de Heer a spus că rămâne de văzut dacă semiconductorii pe bază de grafen pot funcționa mai bine decât cei actuali. supraconductoare tehnologie, care este folosită în cele mai avansate calculatoare cuantice.