Фото Depositphotos.com
Компьютерные транзисторы из кремния могут быть как проводниками, так и изоляторами, в зависимости от заряда, проходящего через транизистор. Как раз это важное свойство и обусловило цифровую революцию, пишет The Wall Street Journal.
Самое известное правило в мире вычислительных технологий — закон Мура, который сформулировал основатель корпорации Intel Гордон Мур. Суть закона в том, что каждые два года количество транзисторов на чипе увеличивается вдвое. То есть через пару лет мощь вычислительной техники увеличивается в два раза, что обеспечивает технологический прогресс.
Однако в последние годы наблюдается нарушение закона Мура, так как, чтобы продолжать технологический процесс, транзисторы должны быть не больше 3 нанометров, что фактически невозможно достичь современными методами, если использовать кремний.
Поэтому технологическая индустрия ищет другие материалы, которые бы могли полностью заменить кремний или расширить его возможности, а соответственно и еще больше увеличить скорость вычислительных технологий.
Физики, химики и инженеры теперь экспериментируют с экзотическими элементами, которые в будущем будут использоваться в микрочипах. Среди них графен, черный фосфор, дихалькогениды переходных металлов и нанослои нитрида бора. Это все двумерные материалы, представляющие собой сверхтонкие пластины толщиной один или два атома.
Еще 20 лет назад эти материалы были неизвестны, но сегодня их активно создают в лабораториях.
Некоторые из этих материалов уже используются в устройствах, имеющихся в продаже, но более массово они будут применяться в течение следующего десятилетия и тем самым расширять возможности гаджетов.
Планируется, что микрочипы станут в 10 раз быстрее и энергоэффективнее. Это, в свою очередь, поспособствует совершенствованию новых форм взаимодействия человека с компьютером вроде дополненной реальности.
Одним из первых найденных двумерных материалов является графен. О его существовании стало известно еще в 1940-х годах, но полностью охарактеризовали его только в 2004 году. Графен подобен графиту в карандашах, но располагается он в плоском кристалле.
Графен может проводить теплоту, поэтому он уже применяется для охлаждения смартфонов и их батарей. По своим характеристикам он более близок к проводникам вроде золота, поэтому он не сможет заменить кремний. Однако некоторые его свойства могут быть очень полезными в сочетании с традиционными кремниевыми микрочипами.
Стартап Cardea Bio в Сан-Диего уже предлагает такую комбинированную систему. Графен имеет повышенную чуткость ко всему, к чему прикасается, что препятствует его проводимости.
Исследователи из Cardea Bio прикрепляют биологически активные молекулы, например определенные антитела, к графену, который, в свою очередь, прикрепляется к кремнию. Получаются биологически активные транзисторы. С помощью них стартап разрабатывает устройства, которые могут обнаруживать частицы коронавируса в воздухе. Такое устройство могло бы сразу фиксировать наличие коронавируса в здании без лабораторного анализа. Если такие системы будут успешными, то их можно позже запрограммировать для выявления других патогенов.
Другие компании используют графен для разработки ультратонких сверхчувствительных камер. Датчики на основе графена более чувствительны к свету, чем кремний. Это свойство графена помогает разрабатывать инфракрасные камеры, что в будущем будут использоваться в смартфонах. Такие камеры видят теплоту объектов, что позволяет делать фото даже в темноте.
Однако весь потенциал двумерных материалов не будет реализован в ближайшее время, так как ученые сталкиваются с трудностями в интегрировании их в электронику, а также в огромных масштабах производства этих элементов, которых требуют технологии.
Поэтому исследователи из IBM, Samsung, TSMC, GlobalFoundries и других компаний, занимающихся производством компьютерных чипов, продолжают искать возможные способы эффективного применения двумерных материалов.
