Mokslininkai pristatė pirmąjį funkcionalų grafeno puslaidininkį. Šis atradimas gali visiems laikams pakeisti kompiuteriją ir elektroniką. Sausio 3 d. žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime aprašomas funkcinis grafeno puslaidininkis, tinkamas naudoti nanoelektronikoje.
Mokslininkai pristatė pirmąjį funkcionalų grafeno puslaidininkį. Šis atradimas gali visiems laikams pakeisti kompiuteriją ir elektroniką, skelbia „Deutsche Welle“.
Mokslininkai lenktyniauja kurdami grafeno puslaidininkius, nes jie, palyginti su siliciu, pasižymi didesne sparta ir energijos vartojimo efektyvumu.
Sausio 3 d. žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime aprašomas funkcinis grafeno puslaidininkis, tinkamas naudoti nanoelektronikoje.
Autorių teigimu, šis atradimas gali tapti svarbiu žingsniu naujos kartos kompiuterijos link ir atverti duris naujiems elektronikos kūrimo metodams.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
„Nežinome, kuo tai baigsis, bet žinome, kad atveriame duris esminiam elektronikos paradigmos pokyčiui. Grafenas yra žingsnis į priekį. Kas žino, kokie bus kiti žingsniai po to, bet yra didelė tikimybė, kad grafenas gali tapti ateinančių penkiasdešimties metų paradigma“, – pranešime spaudai teigė pagrindinis tyrimo autorius Waltas de Heeris iš Džordžijos technologijos instituto (JAV).
Silicio puslaidininkiai artėja prie savo galimybių ribos
Klasikiniuose kompiuteriuose ir įprastuose telefonuose per silicio jungtis tekančia elektra atvaizduojami vienetai ir nuliai, dar vadinami bitais.
„Puslaidininkiai yra būtini, kad kompiuteriai galėtų veikti. Jie leidžia sukurti mažytes jungtis, kurias galima įjungti ir išjungti, kad elektra tekėtų. Būtent ši elektros grandinėmis tekanti elektra leidžia kompiuteriams atlikti skaičiavimus“, – aiškino Mančesterio universiteto (Jungtinė Karalystė) Nacionalinio grafeno instituto profesorė Sarah Haigh.
Silicio puslaidininkius naudojame kiekvieną kartą, kai atsiskaitome kredito kortele, užvedame automobilį, atidarome autobusų ir traukinių duris ir, žinoma, naudojamės išmaniuoju telefonu ar nešiojamuoju kompiuteriu.
Tačiau silicio puslaidininkiai turi trūkumų, todėl mokslininkai ėmėsi ieškoti naujos medžiagos.
„Silicio elektronikai reikia nemažai galios ir energijos, įskaitant energiją, reikalingą elektronikai aušinti, kai energija išskiriama šilumos pavidalu“, – DW sakė S. Haigh.
Grafenas: stebuklingoji medžiaga
Vienas iš variantų yra grafenas. Grafenas yra anglies atomų lakštas – 2D medžiaga, sujungta stipriausiais žinomais cheminiais ryšiais. Šie angliavandeniai išsidėstę į korius panašiais šešiakampiais.
Tai neįtikėtinai tvirta medžiaga – maždaug 200 kartų tvirtesnė už plieną. Ji tokia stipri, kad vos vienu grafeno atomų sluoksniu galima išlaikyti futbolo kamuolį.
Be to, grafenas yra neįtikėtinai lankstus, todėl puikiai tinka naudoti elektros prietaisuose ir akumuliatoriuose arba net atspausti ant stiklo, plastiko ar audinių.
Tačiau mokslininkus labiausiai domina jo, kaip greitesnio ir efektyviau energiją naudojančio puslaidininkio, panaudojimo galimybės.
„Galimybė išlaikyti išskirtinį grafeno greitį ir elektronų laidumo efektyvumą be didelių energijos sąnaudų suteikia didžiulį potencialą, kuriant „posilicinę“ elektroniką, kurioje kompiuteriai veiktų greičiau ir naudotų mažiau energijos“, – sakė S. Haigh.
Pirmasis funkcinis grafeno puslaidininkis
Grafenas turi didelių trūkumų, iki šiol neleidusių jo naudoti elektronikoje. Viena pagrindinių problemų yra vadinamoji „juostos tarpo problema“.
„Šios srities mokslininkai jau daugiau nei dešimtmetį bando realizuoti išskirtinį grafeno laidumą elektroninėse grandinėse“, – aiškino S. Haigh.
Juostos tarpas yra labai svarbi elektroninė savybė, leidžianti puslaidininkiams įsijungti ir išsijungti. Grafenas juostos tarpo neturėjo – iki šiol.
W. de Heerio suburti mokslininkai sugalvojo, kaip išauginti grafeną ant specialių karbido lustų. Tyrimai truko dešimt metų – visą šį laikotarpį tyrėjai tobulino medžiagas ir keitė grafeno chemines savybes, kol pasiekė tobulą struktūrą.
Galiausiai grafenas ėmė veikti kaip aukštos kokybės puslaidininkis, prilygstantis siliciui.
„Grafenas geras ne tik tuo, kad leidžia gaminti mažesnius, greitesnius ir mažiau šilumos išskiriančius prietaisus, bet ir tuo, kad panaudojamos tam tikros silicyje nepasiekiamos elektronų savybės. Taigi tai iš tikrųjų yra paradigmos pokytis – tai kitoks elektronikos kūrimo būdas“, – teigė W. de Heeris.
Greitesnė, efektyviau energiją naudojanti elektronika
Ekspertų teigimu, ši naujovė turi didžiulį potencialą elektronikos pramonei. Tai leistų sukurti naujus grafeno puslaidininkius, kurie būtų daug galingesni, bet naudotų mažiau energijos nei jų silicio analogai.
„Grafeno elektronika yra efektyvesnė, nes jai įjungti ir išjungti gali prireikti mažiau energijos. Ji taip pat leidžia elektronams tekėti nesukuriant didelio kiekio nepageidaujamos šilumos, kurią reikia vėsinti ventiliatoriais (reikalaujančiais energijos), – aiškino S. Haigh. – Tai reiškia, kad vienu baterijos įkrovimu telefonai galėtų veikti ištisas savaites, sumažėtų energijos suvartojimas visose mūsų gyvenimo srityse, sumažėtų išlaidos ir iškastinio kuro sąlygojama tarša.“
Anot W. de Heerio, šis atradimas gali pakeisti elektronikos ateitį.
Naujieji grafeno superlaidininkai galėtų paspartinti kvantinių kompiuterių technologijų kūrimą.
Kvantiniai kompiuteriai per kelias sekundes gali išspręsti uždavinius, kuriuos išspręsti įprastiems superkompiuteriams prireiktų tūkstantmečių, tačiau jie dar tik kuriami.
Ekspertų teigimu, grafeno puslaidininkiai galėtų padėti įveikti daugybę kvantinių kompiuterių kūrimo iššūkių.
