Mohol by byť čierny fosfor budúcnosťou mikročipov?

Reklama

Grafén sa už dlho považuje za budúcnosť počítačových procesorov a elektroniky. V posledných rokoch sa však objavili niektoré pozoruhodné dvojrozmerné kryštálové materiály. Jedným z nových vyzývateľov je čierny fosfor. Tento týždeň kórejský výskumný tím prišiel na to, ako na to vytvoriť laditeľnú medzeru v pásme v materiáli, čo umožňuje použitie ako polovodič a (potenciálne) vynikajúca náhrada za kremík.

Čo to znamená pre polovodiče a budúcnosť grafénu Najnovšia počítačová technológia, ktorú musíte vidieť, aby ste uveriliVyskúšajte niektoré z najnovších počítačových technológií, ktoré sú pripravené v nasledujúcich rokoch transformovať svet elektroniky a počítačov. Čítaj viac ? Poďme zistiť!

Čierny fosfor

Podobne ako grafén sa čierny fosfor môže rozdeliť na listy s hrúbkou jedného atómu. Tieto vrstvy sú známe ako fosfor, ale na rozdiel od grafénu tieto vrstvy pôsobia vynikajúci polovodič ktoré sa dajú ľahko zapnúť a vypnúť, dúfajme, že sa podstatne zníži požiadavky na energiu novej generácie

8 Neuveriteľné nové spôsoby výroby elektrickej energieAlternatívna energia je jedným z nárastov, ale možno nebudete vedieť o všetkých možnostiach. Tu je niekoľko najbláznivejších nových spôsobov výroby energie. Čítaj viac ultra vodivých tranzistorov. Grafén je mimoriadne vodivý, chýba mu však prirodzená medzera v pásme, a tu by mohol vstúpiť čierny fosfor.

výroba

Čierny fosfor je termodynamicky stabilný allotrop prvku, fosforu. Čierny fosfor, ktorý je stabilný pri izbovej teplote, nie je „prírodne sa vyskytujúcou“ látkou a získava sa iba zahrievaním bieleho fosforu za extrémne vysokého tlaku, asi 12 000 atmosfér. Výsledné čierne kryštály fosforu majú zvrásnené voštinové vrstvy s medzivrstvová vzdialenosť 0,5 nanometrov Nebudete tomu uveriť: DARPA Budúci výskum do pokročilých počítačovDARPA je jednou z najviac fascinujúcich a tajných častí vlády USA. Nasleduje niekoľko najpokročilejších projektov DARPA, ktoré sľubujú transformáciu sveta technológií. Čítaj viac , ďalší podobný rys ako grafén.

Po vytvorení je ťažké vyrobiť čierny fosfor vo veľkých množstvách v stanovenej šírke. Tradičná metóda, ktorá sa používa aj na iné dvojrozmerné materiály, je metóda mechanickej exfoliácie. V tomto starostlivo pomalom procese vedci drvia množstvo čierneho fosforu do stlačeného prášok, potom pomocou lepiacej pásky pomaly odlupujte zadné vrstvy, až kým nevytvoria film len niekoľko vrstiev tučný. Je obmedzená na výrobu aj výskum.

Uvedomujúc si, aký reštriktívny je tento spôsob, Mark C. Hersam, chemik na Northwestern University vyvinul a nová technika využívajúca chémiu roztoku na urýchlenie výroby. Do spodnej časti ultrazvukovej trubice sa umiestni kryštál čierneho fosforu a rozpúšťadlo, ktoré na premiešanie kvapaliny používa rýchlo vibrujúcu kovovú špičku.

Výsledný zvukový efekt v kombinácii s rozpúšťadlom oddeľuje čierny fosfor do požadovaných vrstiev hrubých nanometrov suspendovaných v kvapaline. Vedci potom môžu tento „atrament“ natrieť na povrch a vytvoriť tak náhodnú distribúciu tenkých čiernych vločiek fosforu.

Zatiaľ čo technika ultrazvuku produkuje o niečo väčší výťažok a je to rýchlejší proces, náhodné rozdelenie je trochu problematické. Na vytvorenie skutočne efektívnych tranzistorov pomocou čierneho fosforu musia byť vedci a inžinieri schopní povrchy povrchovo upravovať oveľa presnejšie. Toto je ďalší cieľ pre výskumných pracovníkov.

Band Gap

Hlavnou výhodou čierneho fosforu je jeho prirodzená priepasť. Pásová medzera alebo energetická medzera oddeľuje vodivé materiály od polovodičov. Funguje to takto:

• Graphene je vynikajúci vodič, čo ho robí atraktívnym pre počítačové procesory. Malý odpor znamená málo tepla. Žiaľ, zatiaľ nevieme, ako ho prepnúť do nevodivého stavu. Grafénové tranzistory sa nedajú vypnúť. Aj keď môžu existovať spôsoby, ako tento problém vyriešiť, nikto ich zatiaľ nerozlúskol.
• Čierny fosfor je tiež vynikajúcim vodičom, má však aj medzeru v energii, čo znamená, že množstvo energie prechádzajúce materiálom sa môže prepínať medzi vodivým a izolujúcim. Dopovaním čierneho fosforu môžete ľahko vytvárať tradičné tranzistory. Môžete ho tiež naladiť tak, aby produkoval skutočne špecifické správanie a umožnil tak exotické elektronické obvody.

Je to táto širokopásmová medzera, ktorá sa vyplňuje vedci o materiáloch Ako môže byť niekedy 3D človek v jeden deň možnýAko funguje biotlač? Čo je možné vytlačiť? A bude niekedy schopný vytlačiť plnú ľudskú bytosť? Čítaj viac s nadšením. V kombinácii s vysokou fotocitlivosťou čierneho fosforu bolo možné vidieť polovodič používaný vo všetkom, od chemickej detekcie po optické obvody.

Optické obvody

Čierny fosfor sa tiež označuje ako polovodič s priamym pásmom. Toto je zriedkavá vlastnosť, čo znamená, že materiál dokáže efektívne a efektívne prevádzať elektrické signály späť na svetlo, čo z neho robí najlepšieho kandidáta na optickú komunikáciu na čipe. University of Minnesota Katedra elektrotechniky a počítačového inžinierstva postgraduálny študent Nathan Youngblood, ktorého príspevok o čiernom fosfore vystupoval v Prírodná fotonika veria:

„Je skutočne vzrušujúce myslieť na jediný materiál, ktorý sa dá použiť na optické odosielanie a prijímanie údajov a nie je obmedzený na konkrétny substrát alebo vlnovú dĺžku. To by mohlo mať obrovský potenciál pre vysokorýchlostnú komunikáciu medzi jadrámi CPU, čo je momentálne v oblasti výpočtovej techniky prekážkou. “

Náhrada kremíka?

Kým Silicon Valley by bolo potrebné premenovať, čierny fosfor by mohol byť materiálom na to, aby sa dizajn procesora dostal do nových výšin. Ideálne bude čierny fosfor znižovať prevádzkové napätie tranzistorov potiahnutých vyššie uvedeným „atramentom“. To zníži teplo vyrobené počas používania, čo umožňuje procesorom rýchlejší taktovanie bez prehrievania, čo je proces, ktorý sa zväčša zastavil v prospech pridávania ďalších jadra. To by zvýšilo účinnosť čipov a - čo je najdôležitejšie - celkový spracovateľský výkon.

Mooreov zákon môže dobre pokračovať 7nm IBM Chip zdvojnásobuje výkon, poskytuje Mooreov zákon do roku 2018Zhromažďuje sa niekoľko základných fyzikálnych limitov, aby sa zastavil vývoj tradičných kremíkových počítačových čipov. Radikálny nový prielom by mohol pomôcť trochu rozšíriť limity. Čítaj viac ako bolo plánované!

Čierny fosfor môže ťažiť iba z tranzistorov. Medzi ďalšie aplikácie v elektronike patria: solárne panely, solárne články Efektívne. Lacná. Úžasné. Tu je dôvod, prečo nové sprejové solárne články súvisiaPo tom, ako tím vedcov pracujúcich v EÚ bude, cena slnečnej energie prudko klesá University of Sheffield vo Veľkej Británii oznámila vývoj solárnych článkov pomocou nástreku proces. Čítaj viac , batérie Technológie batérií, ktoré sa chystajú zmeniť svetTechnológia batérií rástla pomalšie ako iné technológie a teraz je dlhým stožiarom v ohromujúcom počte odvetví. Aká bude budúcnosť technológie batérie? Čítaj viac , prepínače, senzory a ďalšie. Ale rovnako ako pri väčšine zázračných materiálov, práca s nimi, výskum a implementácia materiálov na atómovej úrovni Kvantové počítače: koniec kryptografie?Kvantové výpočty ako myšlienka už nejakú dobu existujú - teoretická možnosť bola pôvodne zavedená v roku 1982. Počas posledných niekoľkých rokov sa toto pole priblížilo praktickosti. Čítaj viac bude nejaký čas trvať, takže nečakajte optoelektronický počítač Ako fungujú optické a kvantové počítače?Vek Exascale sa blíži. Viete, ako optické a kvantové počítače fungujú, a stanú sa tieto nové technológie našou budúcnosťou? Čítaj viac hrať Minecraft Sprievodca začiatočníkov (konečne) MinecraftAk však na večierok meškáte, nebojte sa - tento rozsiahly sprievodca pre začiatočníkov vás obsiahol. Čítaj viac v dohľadnej dobe.

Mali by sme byť nadšení?

Áno, samozrejme. Doslova hovoríme o potenciálnej budúcnosti počítačovej aj optickej komunikácie. Nemali by sme sa však radovať a skočiť na palubu humbukového vlaku Black Phosphorus humbuk, pretože to bude dlhá stará cesta bez definitívneho konca v dohľade. Úžasné materiály ako Black Phosphorus, ako Graphene, ako je napríklad Sulfid molybdénový, sú pripravené zmeniť budúcnosť. Len nie tak rýchlo, ako by sme si mohli želať.

Ste nadšení futuristickými materiálmi? Alebo je to všetko banda humbuk? Dajte nám vedieť, čo si myslíte!

Kredity obrázkov: čierny prášok od Fablok cez Shutterstock, Fosforové allotropy, Ampulka čierneho fosforu, Štruktúra fosforu, Čip DWave všetko prostredníctvom Wikimedia Commons, Mikročip cez Flickr