Mohl by být černý fosfor budoucností mikročipů?

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

Co to znamená pro polovodiče a budoucnost grafenu Nejnovější počítačová technologie, kterou musíte vidět, abyste věřili Nejnovější počítačová technologie, kterou musíte vidět, aby jste uvěřili Podívejte se na některé z nejnovějších počítačových technologií, které jsou nastaveny k transformaci světa elektroniky a PC v příštích několika letech. ? 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, který lze snadno zapnout a vypnout, a doufejme, že podstatně sníží energetické nároky na novou generaci. 8 Neuvěřitelné nové způsoby výroby elektřiny 8 Neuvěřitelné nové způsoby výroby elektřiny Alternativní energie je jeden vzestup, ale možná nevíte o všech možnostech. Zde je několik nejbláznivějších nových způsobů výroby energie. ultra vodivých tranzistorů. Grafen je extrémně 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 za extrémně vysokého tlaku, asi 12 000 atmosfér. Výsledné černé krystaly fosforu mají zvrásněné vrstvy plástev s mezivrstvou 0,5 nanometrů, kterým nebudete věřit: DARPA Budoucí výzkum do pokročilých počítačů Nebudete tomu věřit: DARPA Budoucí výzkum do pokročilých počítačů DARPA je jedním z nejvíce fascinujících a tajné části americké vlády. Následuje několik nejpokročilejších projektů DARPA, které slibují transformaci světa technologií. , 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 stlačeného prášku, pak pomocí lepicí pásky pomalu odlupují zadní vrstvy, dokud nevytvoří film o tloušťce jen několika vrstev. Je omezena a omezena na výrobu i výzkum.

Mark C. Hersam, chemik na Northwestern University, si uvědomil, jak restriktivní je tato metoda, a vyvinul novou techniku ​​využívající chemii roztoků k 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 odděluje černý fosfor do požadovaných nanometrových tlustých listů suspendovaných v kapalině. Vědci pak mohou tento „inkoust“ natřít na povrchy a vytvořit tak náhodnou distribuci tenkých černých vloček fosforu.

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 technici schopni povrchy povrchově upravovat mnohem přesněji. 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.

Právě tato širokopásmová mezera zaplňuje vědce o materiálech. Jak může člověk 3D tisku být někdy možná Jak může člověk 3D tisku být někdy možná Jak funguje bioprinting? Co lze vytisknout? A bude někdy schopen tisknout plnou lidskou bytost? 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 a “přímé pásmo” 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, která je v současné době v počítačovém průmyslu překážkou.”

Výměna křemíku?

Zatímco by bylo nutné Silicon Valley přejmenovat, černý fosfor by mohl být materiálem, který by umožnil design procesoru do nových výšin. V ideálním případě Black Phosphorus sníží provozní napětí tranzistorů potažených výše uvedenou „inkoustem“. Tím se sníží teplo produkované během používání, což umožní procesorům rychlejší taktování bez přehřátí, což je proces, který se do značné míry zastavil ve prospěch přidávání dalších jader. To by zvýšilo účinnost čipů a - hlavně - celkový zpracovatelský výkon.

Mooreův zákon může pokračovat i 7nm IBM Chip Doubles Performance, prokazuje Mooreův zákon do roku 2018 7nm IBM Chip Doubles Performance, Proventuje Mooreův zákon do roku 2018 Řada základních fyzikálních limitů se sbližuje, aby zastavila pokrok tradičních křemíkových počítačových čipů. Radikální nový průlom by mohl pomoci trochu napnout limity. podle plánu!

Černého fosforu mohou těžit nejen tranzistory. Další aplikace v elektronice zahrnují: solární panely, solární články Efektivní. Levný. Skvělý. Zde je důvod, proč jsou nové sprejové solární články efektivní. Levný. Skvělý. Zde je důvod, proč je důležité nové sprejové solární články Náklady na solární energii budou prudce klesat poté, co tým vědců pracujících na University of Sheffield ve Velké Británii oznámí vývoj solárních článků pomocí procesu sprejování. , baterie Technologie baterií, které se chystají změnit svět Technologie baterií, které se chystají změnit svět Technika baterií roste pomaleji než jiné technologie a nyní je dlouhou stanovou stanicí v ohromujícím počtu průmyslových odvětví. Jaká bude budoucnost technologie baterií? , přepínače, senzory a další. Ale jako u většiny zázračných materiálů, práce s nimi, výzkum a implementace materiálů na atomové úrovni Quantum Computers: The End of Cryptography? Kvantové počítače: konec kryptografie? Kvantová výpočetní technika jako nápad již nějakou dobu existuje - teoretická možnost byla původně zavedena v roce 1982. Během posledních několika let se toto pole přibližovalo praktičnosti. zabere čas, takže neočekávejte optoelektronický počítač Jak fungují optické a kvantové počítače? 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? hraní Minecraft Průvodce začátečníky (Latecomer) Minecraft Průvodce začátečníky (Latecomer) Minecraft Pokud ale přijdete pozdě na párty, nebojte se - tento obsáhlý průvodce pro začátečníky vás obsáhl. kdykoli brzy.

Měli bychom být nadšeni?

Ano, samozřejmě. Doslova hovoříme o potenciální budoucnosti počítačové i optické komunikace. Neměli bychom se však radovat a naskočit na palubu vlaku Hype Black Phosphorus, 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!

Image Credits: černý prášek od Fabloka přes Shutterstock, Phosphorus Allotropes, Black Phosphorus Ampoule, Phosphorus Structure, DWave Chip vše přes Wikimedia Commons, Microchip přes Flickr