Mohl by být černý fosfor budoucností mikročipů?

reklama

Graphene je dlouho považován za budoucnost počítačových procesorů a elektroniky. V posledních letech se však objevily některé pozoruhodné dvojrozměrné krystalové materiály. Jedním z nových vyzývačů je černý fosfor. Tento týden korejský výzkumný tým přišel na to, jak na to vytvořit laditelnou mezeru v pásmu v materiálu, což umožňuje použití jako polovodič a (potenciálně) vynikající náhrada za křemík.

Co to znamená pro polovodiče a budoucnost grafenu Nejnovější počítačové technologie, které musíte vidět, abyste uvěřiliPodívejte se na některé z nejnovějších počítačových technologií, které jsou připraveny transformovat svět elektroniky a počítačů v příštích několika letech. Přečtěte si více ? Pojďme to zjistit!

Černý fosfor

Stejně jako grafen lze černý fosfor rozdělit na listy s jedním atomem. Tyto listy jsou známé jako fosfor, ale na rozdíl od grafenu tyto vrstvy fungují jako vynikající polovodič které lze snadno zapnout a vypnout, doufejme, že se výrazně sníží požadavky na energii pro novou generaci

8 Neuvěřitelných nových způsobů výroby elektřinyAlternativní energie je jeden vzestup, ale možná nevíte o všech možnostech. Zde je několik nejbláznivějších nových způsobů výroby energie. Přečtěte si více ultra vodivých tranzistorů. Grafen je velmi vodivý, ale postrádá přirozenou mezeru v pásmu, a tam by mohl vstoupit černý fosfor.

Výroba

Černý fosfor je termodynamicky stabilní allotrop prvku, fosforu. Černý fosfor stabilní při pokojové teplotě není „přirozeně se vyskytující“ látkou a je získáván pouze zahříváním bílého fosforu při extrémně vysokém tlaku, asi 12 000 atmosfér. Výsledné černé krystaly fosforu mají zvrásněné voštinové vrstvy s mezivrstvová vzdálenost 0,5 nanometrů Tomu nebudete věřit: DARPA budoucí výzkum do pokročilých počítačůDARPA je jednou z nejvíce fascinujících a tajných částí americké vlády. Následuje několik nejpokročilejších projektů DARPA, které slibují transformaci světa technologií. Přečtěte si více , další podobný rys jako grafen.

Po vytvoření je obtížné vyrobit černý fosfor ve velkém množství ve stanovené šířce. Tradiční metodou, používanou také u jiných dvourozměrných materiálů, je metoda mechanické exfoliace. V tomto pečlivě pomalém procesu vědci drtí množství černého fosforu do komprimovaného prášek, pak pomocí lepicí pásky pomalu odloupněte zadní vrstvy, dokud nevytvoří film jen několik vrstev tlustý. Je omezena a omezena na výrobu i výzkum.

Uvědomil si, jak restriktivní je tato metoda, Mark C. Hersam, chemik na Northwestern University vyvinul a nová technika využívající chemii řešení pro urychlení výroby. Umístí krystal černého fosforu a rozpouštědlo na dno ultrazvukové trubice, která používá rychle vibrující kovovou špičku k promíchání kapaliny.

Výsledný zvukový efekt kombinovaný s rozpouštědlem rozdělí černý fosfor na požadované vrstvy nanometrů, rozpuštěné v kapalině. Vědci pak mohou tento „inkoust“ natřít na povrchy a vytvořit tak náhodnou distribuci tenkých černých fosforových vloček.

Zatímco technika ultrazvuku produkuje o něco větší výnos a je to rychlejší proces, náhodné rozdělení je poněkud problematické. Aby bylo možné vytvořit skutečně efektivní tranzistory pomocí černého fosforu, musí být vědci a inženýři schopni povrchy přenést s mnohem větší přesností. Toto je další cíl pro vědce.

Band Gap

Hlavní výhodou přitažlivosti černého fosforu je jeho přirozená mezera v pásmu. Pásová mezera neboli energetická mezera odděluje vodivé materiály od polovodičů. Funguje to takto:

• Graphene je vynikající dirigent, což ho činí atraktivním pro počítačové procesory. Malý odpor znamená malé teplo. Bohužel zatím nevíme, jak ji přepnout do nevodivého stavu. Grafenové tranzistory se nemohou vypnout. I když mohou existovat způsoby, jak tento problém vyřešit, nikdo je zatím nepraskl.
• Černý fosfor je také vynikajícím dirigentem, ale má také energetickou mezeru, což znamená, že množství energie procházející materiálem lze přepínat mezi vodivým a izolačním. Tím, že doping černý fosfor, můžete snadno vytvořit tradiční tranzistory. Můžete jej také naladit tak, aby produkoval opravdu specifické chování, umožňující exotické elektronické obvody.

Je to tato širokopásmová mezera, která vyplňuje vědci z materiálů Jak může být 3D tisk jednou možnáJak funguje bioprinting? Co lze vytisknout? A bude někdy schopen tisknout plnou lidskou bytost? Přečtěte si více s nadšením. To, v kombinaci s vysokou citlivostí na černý fosfor, umožnilo vidět polovodič používaný ve všem, od chemické detekce až po optické obvody.

Optické obvody

Černý fosfor je také označován jako „přímý“ polovodič. Jedná se o vzácnou vlastnost, což znamená, že materiál může účinně a efektivně převádět elektrické signály zpět na světlo, což z něj činí nejlepšího kandidáta na optickou komunikaci na čipu. University of Minnesota Katedra elektrotechniky a informatiky, postgraduální student Nathan Youngblood, jehož referát o černém fosforu vystupoval v Přírodní fotonika věří:

„Je opravdu vzrušující myslet na jediný materiál, který lze použít k optickému odesílání a přijímání dat a není omezen na konkrétní substrát nebo vlnovou délku. To by mohlo mít obrovský potenciál pro vysokorychlostní komunikaci mezi jádry CPU, což je v současné době problém v oblasti výpočetního průmyslu. “

Náhrada křemíku?

Zatímco by bylo nutné Silicon Valley přejmenovat, černý fosfor by mohl být materiálem, který umožní design procesoru do nových výšin. V ideálním případě Black Phosphorus sníží provozní napětí tranzistorů potažených výše uvedeným „inkoustem“. Tím se sníží teplo vyrobený během používání, což umožňuje procesorům rychleji spínat bez přehřívání, což je proces, který se do značné míry zastavil ve prospěch přidávání dalších jádra. To by zvýšilo účinnost čipů a - hlavně - celkový výpočetní výkon.

Mooreův zákon může dobře pokračovat 7nm IBM Chip zdvojnásobuje výkon, prokazuje Mooreův zákon do roku 2018Sbližuje se řada základních fyzikálních limitů, které zastaví vývoj tradičních křemíkových počítačových čipů. Radikální nový průlom by mohl napomoci k prodloužení limitů o něco více. Přečtěte si více podle plánu!

Černého fosforu by mohly těžit pouze tranzistory. Mezi další aplikace v elektronice patří: solární panely, solární články Účinný. Levný. Skvělý. Tady je důvod, proč nové sprejové solární články záležíNáklady na solární energii by měly klesnout po týmu vědců pracujících v EU University of Sheffield ve Velké Británii oznámila vývoj solárních článků pomocí nástřiku proces. Přečtěte si více , baterie Technologie baterií, které se chystají změnit světTechnologie baterií roste pomaleji než jiné technologie a nyní je dlouhým stanovým pólem v ohromujícím počtu průmyslových odvětví. Jaká bude budoucnost technologie baterií? Přečtěte si více , přepínače, senzory a další. Ale stejně jako u většiny zázračných materiálů, práce s nimi, výzkum a implementace materiálů na atomové úrovni Kvantové počítače: konec kryptografie?Kvantová výpočetní technika jako nápad již nějakou dobu existuje - teoretická možnost byla původně zavedena v roce 1982. V posledních několika letech se toto pole blíží praktičnosti. Přečtěte si více bude chvíli trvat, takže nečekejte optoelektronický počítač Jak fungují optické a kvantové počítače?Věk Exascale se blíží. Víte, jak optické a kvantové počítače fungují, a stanou se tyto nové technologie naší budoucností? Přečtěte si více hraje Minecraft (Začátečník) Průvodce Minecraftem pro začátečníkyPokud ale přijdete pozdě na párty, nebojte se - tento obsáhlý průvodce pro začátečníky vás obsáhl. Přečtěte si více kdykoli brzy.

Měli bychom být nadšeni?

Ano, samozřejmě. Doslova hovoříme o potenciální budoucnosti počítačové i optické komunikace. Neměli bychom se však radovat a skákat na palubu vlaku Hype Black Phosphorus humbuk, protože to bude dlouhá stará cesta bez definitivního konce v dohledu. Úžasné materiály jako Black Phosphorus, jako Graphene, jako je disulfid molybdenu, jsou připraveny změnit budoucnost. Jen ne tak rychle, jak bychom si mohli přát.

Jste nadšeni futuristickými materiály? Nebo je to všechno jen banda humbuk? Dejte nám vědět, co si myslíte!

Obrazové kredity: Černý prášek od Fablok přes Shutterstock, Fosforové allotropy, Ampule černé fosforu, Struktura fosforu, Čip DWave vše prostřednictvím Wikimedia Commons, Mikročip přes Flickr