Czy czarny fosfor może być przyszłością mikroczipów?

Reklama

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 to zrobić stworzyć przestrajalną przerwę pasmową w materiale, dzięki czemu może być stosowany jako półprzewodnik i (potencjalnie) doskonały zamiennik krzemu.

Co to oznacza dla półprzewodników, i przyszłość grafenu Najnowsza technologia komputerowa, którą musisz wierzyćSprawdź niektóre z najnowszych technologii komputerowych, które zmienią świat elektroniki i komputerów w ciągu najbliższych kilku lat. Czytaj więcej ? Dowiedzmy Się!

Czarny Fosfor

Podobnie jak grafen, czarny fosfor można podzielić na arkusze o grubości jednego atomu. Arkusze te są znane jako fosforeny, ale w przeciwieństwie do grafenu warstwy te działają jak doskonały półprzewodnik które można łatwo włączać i wyłączać, miejmy nadzieję znacznie obniżając

wymagania energetyczne nowej generacji 8 niewiarygodnych nowych sposobów wytwarzania energii elektrycznejEnergia alternatywna to wzrost, ale możesz nie wiedzieć o wszystkich opcjach. Oto niektóre z najbardziej szalonych nowych sposobów generowania energii. Czytaj więcej 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 tylko przez ogrzewanie białego fosforu pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem, około 12 000 atmosfer. Powstałe czarne kryształy fosforu mają pomarszczone warstwy plastra miodu, z odległość między warstwami 0,5 nanometra Nie uwierzysz: DARPA Future Research Into Advanced ComputersDARPA jest jedną z najbardziej fascynujących i tajemniczych części rządu USA. Oto niektóre z najbardziej zaawansowanych projektów DARPA, które obiecują zmienić świat technologii. Czytaj więcej , kolejna podobna funkcja do grafenu.

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

Zdając sobie sprawę, jak restrykcyjna jest ta metoda, Mark C. Hersam, chemik z Northwestern University opracował nowa technika z wykorzystaniem chemii roztworów przyspieszyć produkcję. 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 powierzchnie, tworząc losowy rozkład cienkich płatków czarnego 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 paśmie wypełnia się materiałoznawcy Jak druk 3D może być możliwy pewnego dniaJak działa bioprint? Co można wydrukować? I czy kiedykolwiek będzie w stanie wydrukować pełnego człowieka? Czytaj więcej z podnieceniem. To, w połączeniu z wysoką światłoczułością czarnego fosforu, pozwoliło zobaczyć półprzewodnik używany we wszystkim, od detekcji chemicznej po obwody optyczne.

Obwody optyczne

Czarny fosfor jest także określany jako półprzewodnik „bezpośredniego pasma”. 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, absolwent Nathan Youngblood, którego praca dotyczy czarnego fosforu wystepować w Nature Photonics uważa:

„To naprawdę ekscytujące myśleć 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 w zakresie 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”. To obniży ciepło produkowane podczas użytkowania, co pozwala na szybsze taktowanie procesorów bez przegrzania, proces, który w dużej mierze utknął w martwym punkcie, aby dodać więcej rdzenie. Zwiększyłoby to wydajność układu i - co najważniejsze - ogólną moc przetwarzania.

Prawo Moore'a może być kontynuowane 7 nm IBM Chip podwaja wydajność, potwierdza prawo Moore'a do 2018 rokuSzereg podstawowych fizycznych ograniczeń jest zbieżnych, aby położyć kres postępowi tradycyjnych krzemowych układów komputerowych. Zupełnie nowy przełom może pomóc nieco bardziej rozszerzyć granice. Czytaj więcej jak planowano!

Nie tylko tranzystory mogą czerpać korzyści z Czarnego Fosforu. Inne zastosowania w elektronice obejmują: panele słoneczne, ogniwa słoneczne Wydajny. Tani. Niesamowite. Oto dlaczego nowe natryskowe ogniwa słoneczne mają znaczenieKoszt energii słonecznej spadnie gwałtownie po tym, jak zespół naukowców pracujących w University of Sheffield w Wielkiej Brytanii ogłosił opracowanie ogniw słonecznych za pomocą natrysku proces. Czytaj więcej , baterie Technologie akumulatorowe, które zmienią światTechnologia akumulatorów rozwija się wolniej niż inne technologie i jest obecnie długim biegunem namiotu w oszałamiającej liczbie branż. Jaka będzie przyszłość technologii akumulatorowej? Czytaj więcej , przełączniki, czujniki i wiele innych. Ale tak jak w przypadku większości cudownych materiałów, pracy, badań i wdrażanie materiałów na poziomie atomowym 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 zbliżała się do praktyczności. Czytaj więcej zajmie trochę czasu, więc nie oczekuj komputer optoelektroniczny 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? Czytaj więcej grając w Minecraft (Latecomer) Przewodnik dla początkujących po MinecraftJeśli jednak spóźnisz się na imprezę, nie martw się - ten obszerny przewodnik dla początkujących Cię obejmuje. Czytaj więcej w najbliższym czasie.

Czy 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, jak Dwusiarczek Molibdenu, wszystko to może zmienić 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 obrazkowe: czarny proszek autor: Fablok za pośrednictwem Shutterstock, Alotropy fosforu, Ampułka z czarnym fosforem, Struktura fosforu, DWave Chip wszystko za pośrednictwem Wikimedia Commons, Mikroczip przez Flickr