Czy czarny fosfor może być przyszłością mikroczipów?

Grafen od dawna postrzegany jest jako przyszłość procesorów komputerowych i elektroniki. Jednak w ciągu ostatnich kilku lat pojawiły się niezwykłe dwuwymiarowe materiały krystaliczne. Jednym z nowych pretendentów jest czarny fosfor. W tym tygodniu koreański zespół badawczy odkrył, jak stworzyć dostrajalną przerwę pasmową w materiale, pozwalając na wykorzystanie go jako półprzewodnika i (potencjalnie) doskonałego zamiennika krzemu.

Co to oznacza dla półprzewodników i przyszłości grafenu Najnowsza technologia komputerowa, którą musisz zobaczyć, aby uwierzyć Najnowsza technologia komputerowa, którą musisz zobaczyć, aby uwierzyć Sprawdź niektóre z najnowszych technologii komputerowych, które mają przekształcić świat elektroniki i Komputery osobiste w ciągu najbliższych kilku lat. ? Dowiedzmy Się!

Czarny Fosfor

Podobnie jak grafen, czarny fosfor można podzielić na arkusze o grubości jednego atomu. Arkusze te znane są jako fosforeny, ale w przeciwieństwie do grafenu, warstwy te działają jak doskonały półprzewodnik, który można łatwo włączać i wyłączać, miejmy nadzieję znacznie obniżając zapotrzebowanie na moc dla nowej generacji 8 Niewiarygodne nowe sposoby wytwarzania energii elektrycznej 8 Niewiarygodne nowe sposoby wytwarzania energii elektrycznej Energia alternatywna to wzrost, ale możesz nie wiedzieć o wszystkich opcjach. Oto niektóre z najbardziej szalonych nowych sposobów generowania energii. tranzystorów nadprzewodzących. Grafen jest wyjątkowo przewodzący, ale brakuje mu naturalnej przerwy pasmowej i właśnie tam mógł wkroczyć czarny fosfor.

Produkcja

Czarny fosfor jest termodynamicznie stabilnym alotropem pierwiastka, fosforu. Stabilny w temperaturze pokojowej czarny fosfor nie jest substancją „naturalnie występującą” i jest uzyskiwany jedynie przez ogrzewanie białego fosforu pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem, około 12 000 atmosfer. Powstałe czarne kryształy fosforu zawierają pomarszczone warstwy plastra miodu, o odległości międzywarstwowej wynoszącej 0,5 nanometra, w co nie uwierzysz: DARPA Future Research Into Advanced Computers, w co nie uwierzysz: DARPA Future Research Into Advanced Computers DARPA jest jedną z najbardziej fascynujących i tajne części rządu USA. Oto niektóre z najbardziej zaawansowanych projektów DARPA, które obiecują zmienić świat technologii. , kolejna podobna funkcja do grafenu.

Raz utworzony czarny fosfor jest trudny do wyprodukowania w dużych ilościach na określonej szerokości. Tradycyjną metodą stosowaną również do innych materiałów dwuwymiarowych jest mechaniczna eksfoliacja. W tym niezwykle pracochłonnym procesie badacze kruszą pewną ilość czarnego fosforu na sprasowany proszek, a następnie za pomocą taśmy samoprzylepnej powoli odklejają warstwy, aż utworzą film o grubości zaledwie kilku warstw. Jest ograniczony i dotyczy zarówno produkcji, jak i badań.

Zdając sobie sprawę z tego, jak restrykcyjna jest ta metoda, Mark C. Hersam, chemik z Northwestern University opracował nową technikę wykorzystującą chemię roztworów do przyspieszenia produkcji. Umieszczają kryształ czarnego fosforu i rozpuszczalnik na dnie rurki ultradźwiękowej, która wykorzystuje szybko wibrującą metalową końcówkę do mieszania cieczy.

Powstałe działanie dźwiękowe w połączeniu z rozpuszczalnikiem rozdziela czarny fosfor na arkusze o wymaganej grubości nanometra, zawieszone w cieczy. Naukowcy mogą następnie nanieść ten „atrament” na powierzchnię, tworząc losowy rozkład cienkich czarnych płatków fosforu.

Podczas gdy technika ultrasonikacji daje nieco większą wydajność i jest szybszym procesem, rozkład losowy jest nieco problematyczny. Aby stworzyć naprawdę wydajne tranzystory z wykorzystaniem czarnego fosforu, badacze i inżynierowie muszą być w stanie pokryć powierzchnie znacznie większą precyzją. To kolejny cel dla badaczy.

Band Gap

Główną zaletą czarnego fosforu jest jego naturalna przerwa w paśmie. Luka pasmowa lub luka energetyczna oddziela materiały przewodzące od półprzewodników. Działa to tak:

• Grafen jest doskonałym przewodnikiem, co czyni go atrakcyjnym dla procesorów komputerowych. Mały opór oznacza niewielkie ciepło. Niestety nie wiemy jeszcze, jak zmienić go w stan nieprzewodzący. Tranzystory grafenowe nie mogą się wyłączyć. Chociaż mogą istnieć sposoby rozwiązania tego problemu, nikt jeszcze ich nie złamał.
• Czarny fosfor jest również doskonałym przewodnikiem, ale ma również przerwę energetyczną, co oznacza, że ​​ilość energii przechodzącej przez materiał można przełączać między przewodzeniem a izolacją. Przez domieszkowanie czarnego fosforu można łatwo tworzyć tradycyjne tranzystory. Możesz go również dostroić, aby uzyskać naprawdę określone zachowania, pozwalające na stosowanie egzotycznych obwodów elektronicznych.

Ta szeroka luka w pasmach wypełnia naukowców zajmujących się materiałami. Jak ludzie w druku 3D mogą być kiedyś tacy Jak ludzie w druku 3D mogą być kiedyś tacy Jak działa bioprint? Co można wydrukować? I czy kiedykolwiek będzie w stanie wydrukować pełnego człowieka? z podnieceniem. To, w połączeniu z wysoką światłoczułością czarnego fosforu, pozwoliło zobaczyć półprzewodnik stosowany we wszystkim, od detekcji chemicznej po obwody optyczne.

Obwody optyczne

Czarny fosfor jest również określany jako “pasmo bezpośrednie” półprzewodnik. Jest to rzadka właściwość, co oznacza, że ​​materiał może skutecznie i wydajnie przekształcać sygnały elektryczne z powrotem na światło, co czyni go głównym kandydatem do komunikacji optycznej na chipie. University of Minnesota Wydział Elektrotechniki i Informatyki Nathan Youngblood, którego artykuł na temat czarnego fosforu znalazł się w Nature Photonics uważa:

“Naprawdę ekscytujące jest myślenie o pojedynczym materiale, który może być używany do optycznego wysyłania i odbierania danych i nie jest ograniczony do konkretnego podłoża lub długości fali. Może to mieć ogromny potencjał szybkiej komunikacji między rdzeniami procesora, co jest obecnie wąskim gardłem w branży komputerowej.”

Zamiennik krzemu?

Choć nazwa Doliny Krzemowej wymagałaby zmiany nazwy, czarny fosfor może być materiałem, który wzniesie projekt procesora na nowy poziom. Idealnie czarny fosfor obniży napięcie robocze tranzystorów pokrytych wyżej wspomnianym „tuszem”. Obniży to ciepło wytwarzane podczas użytkowania, umożliwiając procesorom szybsze taktowanie bez przegrzania, proces, który w dużej mierze utknął w martwym punkcie za dodaniem większej liczby rdzeni. Zwiększyłoby to wydajność układu i - co najważniejsze - ogólną moc przetwarzania.

Prawo Moore'a może równie dobrze kontynuować 7nm IBM Chip Doubles Performance, potwierdza prawo Moore'a do 2018 roku 7nm IBM Chip Doubles Performance, potwierdza prawo Moore'a do 2018 roku Szereg podstawowych fizycznych ograniczeń zbliża się, aby zatrzymać postęp tradycyjnych krzemowych układów komputerowych. Zupełnie nowy przełom może pomóc nieco bardziej rozszerzyć granice. jak planowano!

Nie tylko tranzystory mogą czerpać korzyści z Czarnego Fosforu. Inne zastosowania w elektronice obejmują: panele słoneczne, ogniwa słoneczne Wydajne. Tani. Niesamowite. Oto dlaczego nowe natryskowe ogniwa słoneczne mają znaczenie. Tani. Niesamowite. Oto dlaczego nowe natryskowe ogniwa słoneczne mają znaczenie Koszt energii słonecznej spadnie gwałtownie po tym, jak zespół naukowców pracujących na Uniwersytecie w Sheffield w Wielkiej Brytanii ogłosił opracowanie ogniw słonecznych przy użyciu procesu natryskiwania. , baterie Technologie akumulatorowe, które zmienią świat Technologie akumulatorowe, które zmienią świat Technologie akumulatorowe rozwijają się wolniej niż inne technologie i są obecnie długim polem namiotowym w oszałamiającej liczbie branż. Jaka będzie przyszłość technologii akumulatorowej? , przełączniki, czujniki i wiele innych. Ale jak w przypadku większości cudownych materiałów, pracy z, badania i wdrażania materiałów na poziomie atomowym Komputery kwantowe: koniec kryptografii? Komputery kwantowe: koniec kryptografii? Informatyka kwantowa jako pomysł istnieje już od jakiegoś czasu - teoretyczna możliwość została pierwotnie wprowadzona w 1982 roku. W ciągu ostatnich kilku lat dziedzina ta była coraz bliższa praktyczności. zajmie trochę czasu, więc nie oczekuj komputera optoelektronicznego Jak działają komputery optyczne i kwantowe? Jak działają komputery optyczne i kwantowe? Nadchodzi era egzaskalii. Czy wiesz, jak działają komputery optyczne i kwantowe i czy te nowe technologie staną się naszą przyszłością? grając w Minecraft Minecraft (Latecomer) Przewodnik dla początkujących Minecraft (Latecomer) Przewodnik dla Minecraft Jeśli spóźnisz się na imprezę, nie martw się - obszerny przewodnik dla początkujących. w najbliższym czasie.

Powinniśmy być podekscytowani?

Tak oczywiście. Mówimy dosłownie o potencjalnej przyszłości zarówno komputerów, jak i komunikacji optycznej. Nie powinniśmy jednak cieszyć się i wskakiwać na pokład pociągu szumu Czarnego Fosforu, ponieważ będzie to długa stara podróż bez ostatecznego końca w zasięgu wzroku. Niesamowite materiały, takie jak Czarny Fosfor, takie jak Grafen, takie jak Dwusiarczek Molibdenu, zmienią przyszłość. Po prostu nie tak szybko, jak byśmy chcieli.

Czy ekscytują Cię futurystyczne materiały? A może to tylko hype? Pozwól nam wiedzieć co myślisz!

Kredyty obrazu: czarny proszek Fabloka za pośrednictwem Shutterstock, alotropów fosforu, ampułki czarnego fosforu, struktury fosforu, chipu DWave wszystko za pośrednictwem Wikimedia Commons, mikroczip za pośrednictwem Flickr