Может ли черный фосфор быть будущим микрочипов?

Рекламное объявление

Графен уже давно рассматривается как будущее компьютерных процессоров и электроники. Однако за последние несколько лет появилось несколько замечательных двумерных кристаллических материалов. Один новый претендент - черный фосфор. На этой неделе корейская исследовательская группа выяснила, как создать настраиваемую запрещенную зону в материале, позволяя использовать его в качестве полупроводника и (потенциально) превосходную замену кремния.

Что это значит для полупроводников, и будущее графена Новейшие компьютерные технологии, которые вы должны увидеть, чтобы поверитьОзнакомьтесь с некоторыми из последних компьютерных технологий, которые призваны преобразить мир электроники и ПК в течение следующих нескольких лет. Подробнее ? Давайте узнаем!

Черный фосфор

Как и графен, черный фосфор можно разделить на листы толщиной в один атом. Эти листы известны как фосфорины, но в отличие от графена эти слои действуют как отличный полупроводник которые можно легко включать и выключать, надеясь существенно снизить

требования к питанию для нового поколения 8 невероятных новых способов производства электроэнергииАльтернативная энергия - один из подъемов, но вы можете не знать обо всех вариантах. Вот некоторые из самых безумных новых способов производства энергии. Подробнее сверхпроводящих транзисторов. Графен чрезвычайно проводящий, но не имеет естественной ширины запрещенной зоны, и именно здесь черный фосфор может вступить.

производство

Черный фосфор представляет собой термодинамически устойчивый аллотроп элемента, фосфор. Стабильный при комнатной температуре, черный фосфор не является «природным» веществом и получается только при нагревании белого фосфора под очень высоким давлением, около 12 000 атмосфер. Получающиеся черные кристаллы фосфора имеют рельефные сотовые слои, с межслойное расстояние 0,5 нм Вы не поверите: будущее DARPA в продвинутых компьютерахDARPA - одна из самых захватывающих и скрытных частей правительства США. Ниже приведены некоторые из самых передовых проектов DARPA, которые обещают преобразовать мир технологий. Подробнее Еще одна похожая особенность графена.

Созданный черный фосфор трудно производить в больших количествах при заданной ширине. Традиционный метод, также применяемый к другим двумерным материалам, заключается в механическом отслоении. В этом кропотливо медленном процессе исследователи измельчают некоторое количество черного фосфора в сжатый порошок, затем используйте клейкую ленту, чтобы медленно отслоить назад слои, пока они не создают пленку всего несколько слоев толстый. Это ограничено и ограничивает как производство, так и исследования.

Понимая, насколько ограничительным является этот метод, Марк С. Херсам, химик в Северо-Западном университете разработал новая техника с использованием химии раствора ускорить производство. Они помещают кристалл черного фосфора и растворитель на дно ультразвуковой трубки, которая использует быстро вибрирующий металлический наконечник для перемешивания жидкости.

Полученное звуковое воздействие в сочетании с растворителем разделяет черный фосфор на листы требуемой нанометровой толщины, взвешенные внутри жидкости. Затем исследователи могут нанести эти «чернила» на поверхность, создавая случайное распределение тонких черных фосфорных хлопьев.

Хотя метод ультразвуковой обработки дает немного больший выход и является более быстрым процессом, случайное распределение несколько проблематично. Чтобы создать действительно эффективные транзисторы с использованием черного фосфора, исследователи и инженеры должны уметь наносить покрытия с гораздо большей точностью. Это следующая цель для исследователей.

Band Gap

Основным преимуществом привлекательности черного фосфора является его естественная ширина запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны - это то, что отделяет проводящие материалы от полупроводников. Это работает так:

• Графен является отличным проводником, что делает его привлекательным для компьютерных процессоров. Меньшее сопротивление означает мало тепла. К сожалению, мы пока не знаем, как перевести его в непроводящее состояние. Графеновые транзисторы не могут отключиться. Хотя могут быть способы решения этой проблемы, никто еще не взломал их.
• Черный фосфор также является отличным проводником, но он также имеет запрещенную зону, что означает, что количество энергии, проходящей через материал, можно переключать между проводящей и изоляционной. Легируя черный фосфор, вы можете легко создавать традиционные транзисторы. Вы также можете настроить его на создание действительно специфического поведения, учитывающего экзотические электронные схемы.

Именно этот широкий диапазон запрещенной зоны заполняет материаловеды Как 3D печать людей может стать возможной когда-нибудьКак работает биопечать? Что можно напечатать? И сможет ли когда-нибудь напечатать полный текст человека? Подробнее с волнением. Это, в сочетании с высокой светочувствительностью черного фосфора, позволило увидеть полупроводник, используемый во всем, от химического обнаружения до оптических схем.

Оптическая схема

Черный фосфор также называют полупроводником "прямой полосы". Это редкое свойство, означающее, что материал может эффективно и рационально преобразовывать электрические сигналы обратно в свет, что делает его главным кандидатом для оптической связи на кристалле. Университет штата Миннесота, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники Натан Янгблад, чья статья о черном фосфоре фигурирует в Фотоника природы считает:

«Действительно интересно думать об одном материале, который можно использовать для оптической отправки и получения данных и который не ограничен конкретной подложкой или длиной волны. Это может иметь огромный потенциал для высокоскоростной связи между ядрами процессора, что в настоящее время является узким местом в компьютерной индустрии ».

Замена кремния?

В то время как Силиконовая долина должна была быть переименована, черный фосфор мог бы стать материалом для поднятия дизайна процессора на новую высоту. В идеале черный фосфор понижает рабочее напряжение транзисторов, покрытых вышеупомянутыми «чернилами». Это понижает нагрев производится во время использования, позволяя процессорам работать быстрее, не перегреваясь, процесс, который в значительной степени остановился в пользу добавления большего количества сердечники. Это повысит эффективность микросхемы и, что наиболее важно, общую вычислительную мощность.

Закон Мура вполне может продолжаться 7-нм чип IBM удваивает производительность и подтверждает закон Мура до 2018 годаРяд фундаментальных физических ограничений сходятся, чтобы положить конец прогрессу традиционных кремниевых компьютерных чипов. Новый радикальный прорыв может помочь немного расширить границы. Подробнее как запланировано!

Это не только транзисторы, которые могут извлечь выгоду из черного фосфора. Другие приложения в электронике включают в себя: солнечные батареи, солнечные батареи Эффективное. Дешевые. Потрясающие. Вот почему дело за новыми солнечными батареямиСтоимость солнечной энергии резко снизится после того, как группа ученых, работающих на Университет Шеффилда в Соединенном Королевстве объявил о разработке солнечных батарей с помощью распыления на процесс. Подробнее , батареи Аккумуляторные технологии, которые собираются изменить мирТехнология аккумуляторов росла медленнее, чем другие технологии, и в настоящее время является длинным полюсом палатки в ошеломляющем числе отраслей. Каким будет будущее аккумуляторных технологий? Подробнее , переключатели, датчики и многое другое. Но, как и в большинстве удивительных материалов, работа с, исследования и внедрение материалов атомного уровня Квантовые компьютеры: конец криптографии?Квантовое вычисление как идея существует уже некоторое время - теоретическая возможность была впервые представлена ​​в 1982 году. За последние несколько лет область приближалась к практичности. Подробнее займет время, так что не ожидайте оптоэлектронный компьютер Как работают оптические и квантовые компьютеры?Эпоха Возрождения наступает. Знаете ли вы, как работают оптические и квантовые компьютеры, и станут ли эти новые технологии нашим будущим? Подробнее играть в Майнкрафт (Опоздавший) Руководство для начинающих по MinecraftОднако, если вы опоздали на вечеринку, не беспокойтесь - это обширное руководство для начинающих поможет вам. Подробнее в ближайшее время.

Должны ли мы быть взволнованы?

Ну конечно; естественно. Мы буквально говорим о потенциальном будущем как вычислительной, так и оптической связи. Однако мы не должны радоваться и прыгать на борт шумихи с Черным фосфором, потому что это будет долгое старое путешествие без видимого конца. Удивительные материалы, такие как черный фосфор, такие как графен, такие как дисульфид молибдена, готовы изменить будущее. Просто не так быстро, как хотелось бы.

Вы взволнованы футуристическими материалами? Или все это просто шумиха? Поделитесь с нами вашими мыслями!

Кредиты изображений: черный порошок Фаблок через Shutterstock, Фосфорные аллотропы, Ампула с черным фосфором, Структура фосфора, DWave Chip все через Wikimedia Commons, Микрочип через Flickr