Voisiko musta fosfori olla mikrosirujen tulevaisuus?

Mainos

Grafeeni on jo kauan pidetty tietokoneen prosessorien ja elektroniikan tulevaisuutena. Muutaman viime vuoden aikana on kuitenkin syntynyt joitain merkittäviä kaksiulotteisia kidemateriaaleja. Yksi uusi haastaja on musta fosfori. Tällä viikolla korealainen tutkimusryhmä on keksinyt miten luoda viritettävä nauhaväli materiaalissa, jolloin sitä voidaan käyttää puolijohteena ja (mahdollisesti) ylivoimainen korvaus piille.

Mitä tämä tarkoittaa puolijohteille ja grafeenin tulevaisuus Uusin tietotekniikka, joka sinun täytyy nähdä uskoaksesiTutustu uusimpaan tietotekniikkaan, joka on asetettu muuttamaan elektroniikan ja tietokoneiden maailmaa seuraavien vuosien aikana. Lue lisää ? Otetaan selvää!

Musta fosfori

Kuten grafeeni, myös musta fosfori voidaan jakaa yhden atomin paksuisiksi levyiksi. Nämä levyt tunnetaan fosforanina, mutta toisin kuin grafeeni, nämä kerrokset toimivat erinomainen puolijohde jotka voidaan helposti kytkeä päälle ja pois päältä, toivottavasti laskemalla virran tarve uudelle sukupolvelle

8 Uskomatonta uutta tapaa sähkön tuottamiseenVaihtoehtoinen energia on yksi nousu, mutta et ehkä tiedä kaikkia vaihtoehtoja. Tässä on joitain hienoimmista uusista tavoista tuottaa voimaa. Lue lisää ultrajohtavia transistoreita. Grafeeni on erittäin johtava, mutta siinä ei ole luonnollista rakoväliä, ja tähän kohtaan musta fosfori voisi astua.

tuotanto

Musta fosfori on alkuaineen, fosforin, termodynaamisesti vakaa allotrooppi. Huoneenlämpötilassa vakaa musta fosfori ei ole 'luonnossa esiintyvä' aine, ja sitä saadaan vain kuumentamalla valkoista fosforia erittäin korkeassa paineessa, noin 12 000 ilmakehässä. Tuloksena olevissa mustissa fosforikiteissä on pirskatut hunajakennokerrokset, joissa on kerrosten välinen etäisyys 0,5 nanometriä Et usko siihen: DARPA: n tulevaisuuden tutkimus edistyneisiin tietokoneisiinDARPA on yksi mielenkiintoisimmista ja salamyhkäisimmistä osista Yhdysvaltain hallitusta. Seuraavassa on joitain DARPA: n edistyneimmistä hankkeista, jotka lupaavat muuttaa tekniikan maailmaa. Lue lisää , toinen samanlainen ominaisuus kuin grafeeni.

Luodun jälkeen mustaa fosforia on vaikea valmistaa suurina määrinä määritellyllä leveydellä. Perinteinen menetelmä, jota sovelletaan myös muihin kaksiulotteisiin materiaaleihin, on mekaaninen kuorinta. Tässä huolellisesti hitaassa prosessissa tutkijat murskaavat tietyn määrän mustaa fosforia puristetuksi jauhe, kuori sitten kerrosta hitaasti teipillä, kunnes ne muodostavat vain muutaman kerroksen kalvon paksu. Se on rajoitettu ja rajoittaa sekä valmistusta että tutkimusta.

Mark C. ymmärtäen kuinka rajoittava tämä menetelmä on, Mark C. Hersam, Northwestern Universityn kemisti, kehitti uusi ratkaisukemiaa käyttävä tekniikka tuotannon nopeuttamiseksi. Ne sijoittavat mustan fosforin kideen ja liuottimen ultraääniputken pohjaan, joka käyttää nopeasti värisevää metallikärkeä nesteen sekoittamiseen.

Tuloksena oleva äänivaikutus yhdistettynä liuottimeen erottaa mustan fosforin tarvittaviksi nanometrin paksuiksi levyiksi, suspendoituneiksi nesteeseen. Tutkijat voivat sitten kehrätä tämän 'musteen' pinnoilleen, jolloin saadaan satunnainen jakauma ohuita mustia fosforihiutaleita.

Vaikka ultraäänikäsittelytekniikka tuottaa hiukan suuremman saannon ja on nopeampi prosessi, satunnaisjakauma on jonkin verran ongelmallista. Jotta voidaan luoda todella tehokkaita transistoreita mustan fosforin avulla, tutkijoiden ja insinöörien on kyettävä pinnoittamaan pinnat paljon tarkemmin. Tämä on tutkijoiden seuraava tavoite.

Band Gap

Mustan fosforin vetovoiman tärkeä etu on sen luonnollinen kaistarako. Kaistaväli tai energiarako erottaa johtavat materiaalit puolijohteista. Se toimii näin:

• Grafeeni on erinomainen johdin, mikä tekee siitä houkuttelevan tietokoneen prosessoreille. Pieni vastus tarkoittaa vähän lämpöä. Valitettavasti emme vielä tiedä miten muuttaa se johtamattomaan tilaan. Grafeenitransistorit eivät voi sammua. Vaikka ongelmaan voi olla tapoja ratkaista, kukaan ei ole vielä murtanut niitä.
• Musta fosfori on myös erinomainen johdin, mutta siinä on myös energiarako, mikä tarkoittaa, että materiaalin läpi kulkeva energian määrä voidaan vaihtaa johtavan ja eristävän välillä. Seostamalla mustaa fosforia, voit luoda perinteisiä transistoreita helposti. Voit myös virittää sen tuottamaan todella erityisiä käyttäytymismalleja, mahdollistaen eksoottiset elektroniset piirit.

Juuri tämä laajakaistainen aukko täyttää materiaalitutkijat Kuinka 3D-tulostus ihmisillä voi olla mahdollista jonakin päivänäKuinka biopainatus toimii? Mitä voidaan tulostaa? Ja pystyykö koskaan tulostamaan kokonaisen ihmisen? Lue lisää jännityksellä. Tämä yhdistettynä mustan fosforin korkeaan valoherkkyyteen näki puolijohteen, jota käytettiin kaikessa kemiallisesta havaitsemisesta optisiin piireihin.

Optinen piiri

Mustaan ​​fosforiin viitataan myös ”suorakaistaisena” puolijohteena. Tämä on harvinainen ominaisuus, mikä tarkoittaa, että materiaali voi muuntaa tehokkaasti ja tuloksellisesti sähköiset signaalit takaisin valoon, mikä tekee siitä parhaan ehdokkaan sirun optiselle viestinnälle. Minnesotan yliopiston sähkö- ja tietotekniikan laitos jatko-opiskelija Nathan Youngblood, jonka paperi mustalla fosforilla esillä Luontofotoniikka uskoo:

”On todella jännittävää ajatella yhtä materiaalia, jota voidaan käyttää datan lähettämiseen ja vastaanottamiseen optisesti, eikä se ole rajoitettu tiettyyn substraattiin tai aallonpituuteen. Tällä voi olla valtava potentiaali nopeaan tiedonsiirtoon CPU-ytimien välillä, mikä on tällä hetkellä tietojenkäsittelyteollisuuden pullonkaula. "

Pii korvaaminen?

Vaikka Piilaakso olisi nimettävä uudelleen, musta fosfori voi olla materiaali, joka vie prosessorin suunnittelun uusiin korkeuksiin. Ihannetapauksessa musta fosfori alentaa edellä mainituilla musteilla päällystettyjen transistorien käyttöjännitettä. Tämä alentaa lämpöä tuotettu käytön aikana, jolloin prosessorit voidaan kellottaa nopeammin ilman ylikuumenemista. Prosessi on suuresti pysähtynyt lisäämään lisää ydintä. Tämä lisäisi siruhyötysuhdetta ja - mikä tärkeintä - kokonaisprosessointitehoa.

Mooren laki voi hyvinkin jatkua 7nm: n IBM Chip kaksinkertaistaa suorituskyvyn, todistaa Mooren lain kautta 2018Lukuisat fyysiset perusrajat ovat lähentymässä toisiaan pysäyttääkseen perinteisten pii-tietokonepiirien edistymisen. Radikaali uusi läpimurto voisi auttaa venyttämään rajoja hiukan enemmän. Lue lisää kuten suunniteltu!

Ei vain transistorit voivat hyötyä mustasta fosforista. Muita elektroniikan sovelluksia ovat: aurinkopaneelit, aurinkokennot Tehokas. Halpa. Mahtava. Tässä on miksi uusi spray-on aurinkokennojen asiaAurinkoenergian kustannusten odotetaan laskevan rajusti sen jälkeen kun tutkijaryhmä työskentelee Yhdistyneen kuningaskunnan Sheffieldin yliopisto ilmoitti aurinkokennojen kehittämisestä ruiskutettavalla tekniikalla prosessi. Lue lisää , akut Akun tekniikat, jotka aikovat muuttaa maailmaaAkkutekniikka on kasvanut hitaammin kuin muut tekniikat, ja se on nyt pitkä telttapaalu huikeassa joukossa toimialoja. Mikä on akkutekniikan tulevaisuus? Lue lisää , kytkimet, anturit ja paljon muuta. Mutta kuten useimpien ihmemateriaalien kanssa, työskenteleminen, tutkiminen ja toteutetaan atomitason materiaaleja Kvantitietokoneet: Salauksen loppuminen?Kvanttilaskenta ideana on ollut olemassa jo jonkin aikaa - teoreettinen mahdollisuus otettiin alun perin käyttöön vuonna 1982. Viime vuosina kenttä on ollut lähempänä käytännöllisyyttä. Lue lisää vie aikaa, joten älä odota optoelektroninen tietokone Kuinka optiset ja kvantitietokoneet toimivat?Exascale-aika on tulossa. Tiedätkö kuinka optiset ja kvantitietokoneet toimivat, ja tuleeko näistä uusista tekniikoista tulevaisuutta? Lue lisää pelaa Minecraftia (Myöhäinen tulokas) Aloittajan opas MinecraftiinJos kuitenkin myöhästyt juhliin, älä huoli - tämä kattava aloittelijan opas on peittänyt sinut. Lue lisää lähiaikoina.

Pitäisikö meidän olla innostunut?

Tottakai. Puhumme kirjaimellisesti sekä laskennan että optisen viestinnän potentiaalisesta tulevaisuudesta. Meidän ei pidä kuitenkaan iloita ja hypätä mustan fosforin hype-junaan, koska se on pitkä vanha matka, jolla ei ole lopullista loppua näkyvissä. Uskomattomat materiaalit, kuten musta fosfori, kuten grafeeni, kuten molybdeenidisulfidi, ovat kaikki valmiita muuttamaan tulevaisuutta. Vain ei niin nopeasti kuin ehkä haluaisimme.

Oletko innostunut futuristisista materiaaleista? Vai onko kaikki vain nippu hypeä? Kerro meille mitä ajattelet!

Kuvapisteet: musta jauhe kirjoittanut Fablok Shutterstockin kautta, Fosforin allotroopit, Musta fosforiampulli, Fosforin rakenne, DWave-siru kaikki Wikimedia Commonsin kautta, Mikrosiru Flickrin kautta