Siyah Fosfor Mikroçiplerin Geleceği Olabilir mi?

İlan

Grafen uzun zamandır bilgisayar işlemcilerinin ve elektroniklerin geleceği olarak görülüyor. Bununla birlikte, son birkaç yılda, bazı dikkate değer iki boyutlu kristal malzemeler ortaya çıkmıştır. Yeni bir meydan okuma siyah fosfor. Bu hafta, Koreli bir araştırma ekibi nasıl yapılacağını anladı ayarlanabilir bir bant boşluğu oluştur yarı iletken olarak kullanılmasına izin veren ve (potansiyel olarak) silikon için üstün bir yedek olan malzeme.

Bu yarı iletkenler için ne anlama geliyor ve grafenin geleceği İnanmak İçin Görmeniz Gereken En Son Bilgisayar TeknolojisiÖnümüzdeki birkaç yıl içinde elektronik ve PC dünyasını dönüştürmek için ayarlanmış en yeni bilgisayar teknolojilerine göz atın. Daha fazla oku ? Hadi bulalım!

Siyah Fosfor

Grafen gibi, siyah fosfor da bir atom kalınlığında tabakalara ayrılabilir. Bu tabaka fosforen olarak bilinir, ancak grafenin aksine bu tabakalar mükemmel bir yarı iletken kolayca açılıp kapatılabilir, umarım önemli ölçüde düşürür yeni nesil için güç gereksinimleri

8 Elektrik Üretmenin İnanılmaz Yeni YollarıAlternatif enerji yükselişten biridir, ancak tüm seçenekleri bilmiyor olabilirsiniz. İşte güç üretmenin en çılgın yeni yollarından bazıları. Daha fazla oku iletken iletkenler. Grafen son derece iletken, ancak doğal bir bant boşluğundan yoksundur ve siyah fosforun devreye girebileceği yer burasıdır.

Üretim

Siyah fosfor, elementin, fosforun termodinamik olarak kararlı bir allotropudur. Oda sıcaklığında stabil olan siyah fosfor, 'doğal olarak oluşan' bir madde değildir ve sadece beyaz fosforun çok yüksek basınç altında, yaklaşık 12.000 atmosferde ısıtılmasıyla elde edilir. Elde edilen siyah fosfor kristalleri, büzülmüş petek tabakalarına sahiptir. 0,5 nanometre arasındaki katman arası mesafe İnanmayacaksınız: DARPA Gelecekteki Araştırmaları Gelişmiş Bilgisayarlara DönüştürüyorDARPA, ABD hükümetinin en büyüleyici ve gizli kısımlarından biridir. Aşağıdakiler, DARPA'nın teknoloji dünyasını dönüştürmeyi vaat eden en gelişmiş projelerinden bazılarıdır. Daha fazla oku , grafene benzer başka bir özellik.

Oluşturulduktan sonra, siyah fosforun belirtilen genişlikte büyük miktarlarda üretilmesi zordur. Diğer iki boyutlu malzemelere de uygulanan geleneksel yöntem, mekanik pul pul dökülme yöntemidir. Bu titizlikle yavaş süreçte, araştırmacılar bir miktar siyah fosforu sıkıştırılmış bir şekilde eziyorlar Toz, daha sonra sadece birkaç katman film oluşturacak şekilde katmanları yavaşça soymak için yapışkan bant kullanın kalın. Hem üretim hem de araştırma ile sınırlıdır ve sınırlıdır.

Bu yöntemin ne kadar kısıtlayıcı olduğunu fark eden Mark C. Kuzeybatı Üniversitesi'nden kimyager Hersam, çözelti kimyası kullanarak yeni teknik üretimi hızlandırmak için. Sıvıyı çalkalamak için hızla titreşen bir metal uç kullanan bir ultrasonik tüpün altına bir siyah fosfor kristali ve bir çözücü yerleştirirler.

Elde edilen sonik etki, çözücü ile birlikte, siyah fosforu sıvı içinde asılı kalan gerekli nanometre kalınlığında tabakalara ayırır. Araştırmacılar daha sonra bu "mürekkebi" yüzeylere döndürerek ince siyah fosfor pullarının rastgele bir dağılımını oluşturabilirler.

Ultrasonikasyon tekniği biraz daha büyük bir verim üretir ve daha hızlı bir işlem olsa da, rastgele dağılım biraz problemlidir. Siyah fosfor araştırmacıları ve mühendisleri kullanarak gerçekten verimli transistörler oluşturmak için yüzeyleri çok daha hassas bir şekilde döndürerek kaplayabilmelidir. Bu araştırmacılar için bir sonraki hedef.

Bant Aralığı

Siyah fosforun cazibesinin en büyük avantajı doğal bant boşluğudur. Bant boşluğu veya enerji boşluğu, iletken malzemeleri yarı iletkenlerden ayıran şeydir. Şöyle çalışır:

• Graphene, bilgisayar işlemcileri için çekici kılan mükemmel bir iletkendir. Az direnç az ısı demektir. Ne yazık ki, bunu iletken olmayan bir duruma nasıl geçireceğimizi henüz bilmiyoruz. Grafin transistörleri kapanamaz. Bu sorunu çözmenin yolları olsa da, henüz kimse onları çözmedi.
• Siyah fosfor da mükemmel bir iletkendir, ancak aynı zamanda bir enerji boşluğuna sahiptir, yani malzemeden geçen enerji miktarı iletken ve yalıtım arasında değiştirilebilir. Siyah fosforu doping ederek, geleneksel transistörleri kolayca oluşturabilirsiniz. Egzotik elektronik devrelere izin vererek gerçekten spesifik davranışlar üretmek için de ayarlayabilirsiniz.

Bu geniş aralıklı bant boşluğu malzeme bilim adamları 3D Baskı İnsanları Bir Gün Nasıl Mümkün OlabilirBiyolojik baskı nasıl çalışır? Ne yazdırılabilir? Ve tam bir insanı yazdırabilecek misiniz? Daha fazla oku heyecanla. Bu, siyah fosforun yüksek foto hassasiyeti ile birleştiğinde, kimyasal saptamadan optik devrelere kadar her şeyde kullanılan yarı iletkenleri görebilir.

Optik Devre

Siyah fosfor, “doğrudan bant” yarı iletken olarak da adlandırılır. Bu nadir bir özelliktir, yani malzeme elektrik sinyallerini etkili ve verimli bir şekilde tekrar ışığa dönüştürebilir, bu da onu çip üstü optik iletişim için birincil aday yapar. Minnesota Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü yüksek lisans öğrencisi Nathan Youngblood, makalesi siyah fosfor üzerine özellikli Doğa Fotonikleri inanmaktadır:

“Verileri optik olarak göndermek ve almak için kullanılabilen ve belirli bir substrat veya dalga boyu ile sınırlı olmayan tek bir malzeme düşünmek gerçekten heyecan vericidir. Bu, şu anda bilgi işlem endüstrisinde bir darboğaz olan CPU çekirdekleri arasında yüksek hızlı iletişim için büyük bir potansiyele sahip olabilir. ”

Silikon Değişimi?

Silikon Vadisi'nin yeniden adlandırılması gerekecek olsa da, işlemci tasarımını yeni boyutlara taşıyan malzeme siyah fosfor olabilir. İdeal olarak, Black Phosphorus yukarıda belirtilen "mürekkep" ile kaplanmış transistörlerin çalışma voltajını düşürecektir. kullanım sırasında üretilen, aşırı ısınma olmadan işlemcilerin daha hızlı saatini hızlandıran, daha fazla ekleme lehine durmuş bir süreç çekirdekler. Bu, talaş verimliliğini ve en önemlisi genel işlem gücünü artıracaktır.

Moore Yasası devam edebilir 7nm IBM Chip, Performansı İki Katına Çıkardı, 2018'e Kadar Moore Yasasını KanıtladıBir dizi temel fiziksel sınır, geleneksel silikon bilgisayar çiplerinin ilerlemesine bir son vermek için birleşiyor. Radikal yeni bir atılım, sınırları biraz daha uzatmaya yardımcı olabilir. Daha fazla oku planlandığı gibi!

Siyah Fosfor'dan faydalanabilecek sadece transistörler değil. Elektronikteki diğer uygulamalar: güneş panelleri, güneş pilleri Verimli. Ucuz. Muhteşem. İşte Yeni Püskürtmeli Güneş Pilleri Neden Önemli?Güneş enerjisinin maliyeti, çalışan bir bilim insanı ekibinden sonra hızla düşecek Birleşik Krallık'taki Sheffield Üniversitesi, bir sprey kullanarak güneş pillerinin geliştirildiğini açıkladı süreci. Daha fazla oku , piller Dünyayı Değiştirecek Pil TeknolojileriPil teknolojisi diğer teknolojilerden daha yavaş büyüyor ve şimdi şaşırtıcı sayıda endüstride uzun çadır direği. Pil teknolojisinin geleceği ne olacak? Daha fazla oku , anahtarlar, sensörler ve daha fazlası. Ama çoğu harika malzemede olduğu gibi, birlikte çalışarak, araştırma yaparak ve atom düzeyinde malzeme uygulama Kuantum Bilgisayarlar: Kriptografinin Sonu mu?Bir fikir olarak kuantum hesaplama bir süredir var - teorik olasılık ilk olarak 1982'de tanıtıldı. Son birkaç yıldır, alan pratikliğe daha yakındır. Daha fazla oku zaman alacak, bu yüzden beklemeyin optoelektronik bir bilgisayar Optik ve Kuantum Bilgisayarlar nasıl çalışır?Exascale Çağı geliyor. Optik ve kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını biliyor musunuz ve bu yeni teknolojiler geleceğimiz olacak mı? Daha fazla oku Minecraft oynamak (Latecomer) Başlangıç ​​Minecraft KılavuzuYine de partiye geç kalırsanız, endişelenmeyin - bu geniş başlangıç ​​kılavuzu sizi kapsamaktadır. Daha fazla oku yakın zamanda.

Heyecanlanmalı mıyız?

Evet tabi ki. Kelimenin tam anlamıyla hem bilgisayar hem de optik iletişimin potansiyel geleceği hakkında konuşuyoruz. Bununla birlikte, Black Phosphorus hype trenine sevinmemeli ve atlamamalıyız, çünkü görünürde kesin bir sonu olmayan uzun eski bir yolculuk olacak. Kara Fosfor gibi, Grafen gibi, Molibden Disülfür gibi şaşırtıcı malzemelerin hepsi geleceği değiştirmeye hazır. İstediğimiz kadar hızlı değil.

Fütüristik malzemelerden heyecanlı mısınız? Yoksa hepsi sadece bir hype mı? Haydi ne düşündüğünü söyle!

Resim Kredileri: Siyah toz Fablok ile Shutterstock üzerinden, Fosfor Allotropları, Siyah Fosfor Ampulü, Fosfor Yapısı, DWave Çipi hepsi Wikimedia Commons aracılığıyla, Flickr ile mikroçip