Kas must fosfor võib olla mikrokiipide tulevik?

Reklaam

Grafeeni on pikka aega peetud arvutiprotsessorite ja elektroonika tulevikuks. Viimase paari aasta jooksul on siiski tekkinud mõned märkimisväärsed kahemõõtmelised kristallimaterjalid. Üks uus väljakutsuja on must fosfor. Sel nädalal on Korea uurimisrühm välja mõelnud, kuidas seda teha looge häälestatav riba riba materjalis, võimaldades selle kasutamist pooljuhina ja (potentsiaalselt) räni parema asendaja.

Mida see tähendab pooljuhtide jaoks ja grafeeni tulevik Viimane arvutitehnoloogia, mida peate uskumaVaadake mõnda uusimat arvutitehnoloogiat, mis on lähiaastatel muudetud elektroonika ja personaalarvutite maailma muutmiseks. Loe rohkem ? Uurime välja!

Must fosfor

Nagu grafeen, saab ka musta fosfori jagada ühe aatomi paksusteks lehtedeks. Neid lehti tuntakse fosfreenina, kuid erinevalt grafeenist toimivad need kihid järgmistena suurepärane pooljuht mida saab hõlpsalt sisse ja välja lülitada, loodetavasti langetades oluliselt uue põlvkonna energiavajadused 8 Uskumatuid uusi võimalusi elektrienergia tootmiseks

Alternatiivne energia on üks tõus, kuid te ei pruugi teada kõiki võimalusi. Siin on mõned hullumeelsemad uued viisid energia saamiseks. Loe rohkem ülijuhtivatest transistoridest. Grafeen on äärmiselt juhtiv, kuid sellel puudub loomulik ribade vahe ja sinna võiks sinna sattuda must fosfor.

Tootmine

Must fosfor on elemendi, fosfori, termodünaamiliselt stabiilne allotroob. Toatemperatuuril stabiilne must fosfor ei ole looduslikult esinev aine ja seda saadakse ainult valge fosfori kuumutamisel äärmiselt kõrge rõhu (umbes 12 000 atmosfääri) juures. Saadud mustade fosfori kristallide kihilised kärgstruktuuri kihid koos kihtide vahekaugus 0,5 nanomeetrit Te ei usu seda: DARPA tulevikuuuringud arenenud arvutitesseDARPA on USA valitsuse üks põnevamaid ja salajasi osi. Järgnevalt on toodud mõned DARPA kõige arenenumad projektid, mis lubavad muuta tehnoloogiamaailma. Loe rohkem , veel üks grafeeniga sarnane omadus.

Kui see on loodud, on musta fosforit keeruline toota suurtes kogustes kindlaksmääratud laiusega. Traditsiooniline meetod, mida rakendatakse ka muude kahemõõtmeliste materjalide jaoks, on mehaaniline koorimine. Selles vaevaliselt aeglases protsessis purustavad teadlased koguse musta fosforit kokkusurutuks pulber, seejärel kasutage kihtide aeglaseks koorimiseks kleeplinti, kuni need moodustavad vaid mõne kihi paks. See on piiratud ja piirdub nii tootmise kui ka teadusuuringutega.

Mõistes, kui piirav see meetod on, Mark C. Northwesterni ülikooli keemik Hersam töötas välja a uus tehnika, kasutades lahusekeemiat tootmise kiirendamiseks. Nad asetavad ultrahelitoru põhja musta fosfori kristalli ja lahusti, milles vedeliku loksutamiseks kasutatakse kiiresti vibreerivaid metallotsikuid.

Saadud heliline toime eraldab koos lahustiga musta fosfori vajalikeks nanomeetri paksusteks lehtedeks, mis suspendeeritakse vedeliku sees. Seejärel saavad teadlased selle tindi pinnale pinnata, luues õhukeste mustade fosforihelveste juhusliku jaotuse.

Ehkki ultraheli abil saadakse pisut suurem saagis ja see on kiirem protsess, on juhuslik jaotus mõnevõrra problemaatiline. Musta fosforit kasutavate tõeliselt tõhusate transistoride loomiseks peavad teadlased ja insenerid saama pindu palju suurema täpsusega tsentrifuugida. See on teadlaste järgmine eesmärk.

Bändilõhe

Musta fosfori atraktiivsuse peamine eelis on selle looduslik ribavahe. Ribavahe ehk energiavahe eraldab juhtivmaterjalid pooljuhtidest. See toimib nii:

• Grafeen on suurepärane dirigent, mis teeb selle arvutiprotsessoritele atraktiivseks. Väike vastupidavus tähendab vähest kuumust. Kahjuks ei tea me veel, kuidas see mittejuhtivse olekuks muuta. Grafeenitransistorid ei saa välja lülituda. Ehkki selle probleemi lahendamiseks võib olla võimalusi, pole keegi neist veel lahti mõranenud.
• Must fosfor on ka suurepärane juht, kuid sellel on ka energiavahe, st materjali läbiva energiahulga saab juhtiva ja isoleeriva vahel vahetada. Musta fosfori lisamisega saate hõlpsalt luua traditsioonilisi transistore. Saate seda häälestada ka tõeliselt spetsiifilise käitumise saamiseks, võimaldades eksootilisi elektroonilisi vooluringi.

Just see laiaulatuslik ansamblilõhe täidab materjaliteadlased Kuidas 3D-printimisega inimesed võiksid olla ühel päeval võimalikudKuidas bioprintimine töötab? Mida saab printida? Ja kas kunagi saab printida terve inimese? Loe rohkem põnevusega. See koos musta fosfori suure fototundlikkusega nägi pooljuhti, mida kasutatakse kõiges alates keemilisest tuvastamisest kuni optiliste vooluringideni.

Optiline vooluring

Mustale fosforile viidatakse ka kui „otsese riba” pooljuhile. See on haruldane omadus, mis tähendab, et materjal suudab tõhusalt ja tulemuslikult elektrilised signaalid tagasi valguseks muundada, muutes selle peamiseks kandidaadiks kiibilisel optilisel sidel. Minnesota Ülikooli elektri- ja arvutitehnika osakonna magistrant Nathan Youngblood, kelle raamat mustast fosforist esitletud Loodusfotoonika usub:

„On tõesti põnev mõelda ühele materjalile, mida saaks kasutada andmete optiliseks saatmiseks ja vastuvõtmiseks ning mis pole piiratud konkreetse substraadi või lainepikkusega. Sellel võib olla tohutu potentsiaal kiireks suhtluseks protsessorituumade vahel, mis on praegu arvutitööstuses kitsaskoht. "

Räni asendaja?

Kui Silicon Valley oleks vaja ümber nimetada, võiks must fosfor olla materjal protsessori kujundamise uutesse kõrgustesse viimiseks. Ideaalis alandab must fosfor eelpoolnimetatud tindiga kaetud transistoride tööpinget. See vähendab kuumust toodetud kasutamise ajal, võimaldades protsessoritel kiiremini ilma ülekuumenemiseta toimuda, protsess, mis on suuresti takerdunud uute lisamise kasuks südamikud. See suurendaks kiibi tõhusust ja - mis kõige tähtsam - üldist töötlemisvõimsust.

Moore'i seadus võib jätkuda 7nm IBM Chip kahekordistab jõudlust, tõestab Moore'i seadust läbi 2018. aastaTraditsiooniliste silikoonist arvutikiipide arengu peatamiseks lähenevad mitmed põhilised füüsikalised piirid. Radikaalne uus läbimurre võiks aidata piire pisut veelgi ületada. Loe rohkem nagu plaanitud!

Mustast fosforist saavad kasu mitte ainult transistorid. Muud elektroonika rakendused hõlmavad järgmist: päikesepaneelid, päikesepatareid Tõhus. Odav. Vinge. Siit saate teada, miks on oluline uus pihustatav päikeseelementPäikeseenergia maksumus peaks langema sademete järgi pärast seda, kui teadlaste meeskond töötab Suurbritannia Sheffieldi ülikool teatas päikeseelementide väljaarendamisest pihustamise teel protsess. Loe rohkem , patareid Akutehnoloogiad, mis hakkavad maailma muutmaAkutehnoloogia on kasvanud aeglasemalt kui teised tehnoloogiad ja on nüüd pikkade telkide positsioon uskumatul hulgal tööstusharudes. Milline on akutehnoloogia tulevik? Loe rohkem , lülitid, andurid ja palju muud. Kuid nagu enamiku imeliste materjalide puhul, on ka töötamine, uurimine ja aatomitaseme materjalide rakendamine Kvantarvutid: krüptograafia lõpp?Kvantarvutamine kui idee on olnud juba mõnda aega olemas - teoreetiline võimalus tutvustati algselt 1982. aastal. Viimase paari aasta jooksul on valdkond lähenenud praktilisusele. Loe rohkem võtab aega, nii et ärge oodake optoelektrooniline arvuti Kuidas optilised ja kvantarvutid töötavad?Exascale ajastu on tulemas. Kas teate, kuidas optilised ja kvantarvutid töötavad, ja kas neist uutest tehnoloogiatest saab meie tulevik? Loe rohkem Minecrafti mängimine (Hilineja) Minecrafti juhendKui olete peole hilinenud, siis ärge muretsege - see ulatuslik algajate juhend on teid katnud. Loe rohkem igal ajal varsti.

Kas me peaksime olema põnevil?

Jah, muidugi. Me räägime sõna otseses mõttes nii andmetöötluse kui ka optilise kommunikatsiooni potentsiaalsest tulevikust. Me ei peaks siiski rõõmustama ja hüppama musta fosfori hüpe rongile, sest see on pikk vana teekond, millel pole kindlat lõppu silmapiiril. Hämmastavad materjalid, nagu must fosfor, nagu grafeen, nagu molübdeendisulfiid, on kõik, mis muudavad tulevikku. Lihtsalt mitte nii kiiresti kui meile võiks meeldida.

Kas olete põnevil futuristlikest materjalidest? Või on see kõik lihtsalt hunnik hüpe? Andke meile teada, mida arvate!

Pildikrediidid: must pulber autor Fablok Shutterstocki kaudu, Fosfori allotrobid, Musta fosfori ampull, Fosfori struktuur, DWave kiip kõik Wikimedia Commonsi kaudu, Mikrokiip Flickri kaudu