Экзатычныя матэрыялы, якія змогуць замяніць крэмній у тэхналогіях будучыні
Ад настольных калькулятараў да сучасных смартфонаў — усюды выкарыстоўваецца крэмній.
30.03.2021 / 20:50
Фота Depositphotos.com
Камп’ютарныя транзістары з крэмнію могуць быць як праваднікамі, так і ізалятарамі — у залежнасці ад зараду, які праходзіць праз транзістар. Якраз гэта важная ўласцівасць і абумовіла лічбавую рэвалюцыю, піша The Wall Street Journal.
Самае вядомае правіла ў свеце вылічальных тэхналогій — закон Мура, які сфармуляваў заснавальнік карпарацыі Intel Гордан Мур. Сутнасць закона ў тым, што кожныя два гады колькасць транзістараў на чыпе павялічваецца ўдвая. То-бок праз пару гадоў моц вылічальнай тэхнікі павялічваецца ў два разы, што забяспечвае тэхналагічны прагрэс.
Аднак у апошнія гады назіраецца парушэнне закона Мура, бо, каб працягваць тэхналагічны працэс, транзістары павінны быць не большыя за 3 нанаметры, што фактычна немагчыма дасягнуць сучаснымі метадамі, калі выкарыстоўваць крэмній.
Таму тэхналагічная індустрыя шукае іншыя матэрыялы, якія б маглі цалкам замяніць крэмній або пашырыць яго магчымасці, а адпаведна і яшчэ больш павялічыць хуткасць вылічальных тэхналогій.
Фізікі, хімікі і інжынеры цяпер эксперыментуюць з экзатычнымі элементамі, якія ў будучыні будуць выкарыстоўвацца ў мікрачыпах. Сярод іх графен, чорны фосфар, дыхалькагеніды пераходных металаў і нанаслаі нітрыду бору. Гэта ўсё двухмерныя матэрыялы, якія ўяўляюць сабой звыштонкія пласціны таўшчынёй адзін ці два атамы.
Яшчэ 20 гадоў таму гэтыя матэрыялы былі невядомыя, але сёння іх актыўна ствараюць у лабараторыях.
Некаторыя з гэтых матэрыялаў ужо выкарыстоўваюцца ў прыладах, якія ёсць у продажы, але больш масава яны будуць прымяняцца на працягу наступнага дзесяцігоддзя і тым самым пашыраць магчымасці гаджэтаў.
Плануецца, што мікрачыпы стануць у 10 разоў хутчэйшыя і больш энергаэфектыўныя. Гэта, у сваю чаргу, паспрыяе ўдасканальванню новых форм узаемадзеяння чалавека з камп’ютарам накшталт дапоўненай рэальнасці.
Адным з першых знойдзеных двухмерных матэрыялаў з’яўляецца графен. Пра яго існаванне стала вядома яшчэ ў 1940-х гадах, але цалкам ахарактарызавалі яго толькі ў 2004 годзе. Графен падобны да графіту ў алоўках, але размяшчаецца ён у плоскім крышталі.
Графен можа праводзіць цеплыню, таму ён ужо ўжываецца для ахаладжэння смартфонаў і іх батарэй. Па сваіх характарыстыках ён больш блізкі да праваднікоў накшталт золата, таму ён не зможа замяніць крэмній. Аднак некаторыя яго ўласцівасці могуць быць вельмі карыснымі ў спалучэнні з традыцыйнымі крэмніевымі мікрачыпамі.
Стартап Cardea Bio ў Сан-Дыега ўжо прапаноўвае такую камбінаваную сістэму. Графен мае павышаную чуллівасць да ўсяго, да чаго датыкаецца, што перашкаджае яго праводнасці.
Даследчыкі з Cardea Bio прымацоўваюць біялагічна актыўныя малекулы, напрыклад пэўныя антыцелы, да графену, які, у сваю чаргу, прымацоўваецца да крэмнію. Атрымліваюцца біялагічна актыўныя транзістары. З дапамогай іх стартап распрацоўвае чуйнікі, якія могуць выяўляць часціцы каранавіруса ў паветры. Такая прылада магла б адразу фіксаваць наяўнасць каранавіруса ў будынку без лабараторнага аналізу. Калі такія сістэмы будуць паспяховымі, то іх можна пазней запраграмаваць для выяўлення іншых патагенаў.
Іншыя кампаніі выкарыстоўваюць графен для распрацоўкі ультратонкіх звышадчувальных камер. Чуйнікі на аснове графену больш адчувальныя да святла, чым крэмній. Гэтая ўласцівасць графену дапамагае распрацоўваць інфрачырвоныя камеры, што ў будучыні будуць выкарыстоўвацца ў смартфонах. Такія камеры бачаць цеплыню аб’ектаў, што дазваляе рабіць фота нават у цемры.
Аднак увесь патэнцыял двухмерных матэрыялаў не будзе рэалізаваны ў найбліжэйшы час, бо навукоўцы сутыкаюцца з цяжкасцямі ў інтэграванні іх у электроніку, а таксама ў вялізных маштабах вытворчасці гэтых элементаў, якіх патрабуюць тэхналогіі.
Таму даследчыкі з IBM, Samsung, TSMC, GlobalFoundries і іншых кампаній, якія займаюцца вытворчасцю камп’ютарных чыпаў, працягваюць шукаць магчымыя спосабы эфектыўнага прымянення двухмерных матэрыялаў.