Kunne sort fosfor være fremtiden for mikrochips?

Reklame

Graphene er længe blevet set som fremtiden for computerprocessorer og elektronik. I løbet af de sidste par år er der imidlertid fremkommet nogle bemærkelsesværdige krystalmaterialer i to dimensioner. En ny udfordrer er sort fosfor. Denne uge har et koreansk forskerteam fundet ud af, hvordan man gør det skab et afstemeligt bånd gap i materialet, så det kan bruges som en halvleder og (potentielt) en overlegen erstatning for silicium.

Hvad betyder dette for halvledere, og fremtiden for grafen Den seneste computerteknologi, du skal se for at troSe nogle af de nyeste computerteknologier, der er indstillet til at transformere verdenen inden for elektronik og pc'er i de næste par år. Læs mere ? Lad os finde ud af det!

Sort fosfor

Ligesom grafen kan sort fosfor adskilles i et atomtykke ark. Disse lag kaldes phosphoren, men i modsætning til grafen fungerer disse lag som en fremragende halvleder der let kan tændes og slukkes, forhåbentlig reduceres strømkrav til en ny generation 8 Utrolige nye måder at generere elektricitet på

Alternativ energi er stigningen, men du ved muligvis ikke om alle mulighederne. Her er nogle af de skøreste nye måder at generere strøm på. Læs mere af ultraledende transistorer. Grafen er ekstremt ledende, men mangler et naturligt båndspalte, og det er her sort fosfor kunne trænge ind.

Produktion

Sort fosfor er en termodynamisk stabil allotrope af elementet, fosfor. Stabil ved stuetemperatur er sort fosfor ikke et 'naturligt forekommende' stof og opnås kun ved opvarmning af hvidt fosfor under ekstremt højt tryk, ca. 12.000 atmosfærer. De resulterende sorte fosforkrystaller har puckede honningkamlag med mellemlagsafstand på 0,5 nanometer Du vil ikke tro det: DARPA Fremtidsforskning i avancerede computereDARPA er en af ​​de mest fascinerende og hemmeligholdende dele af den amerikanske regering. Følgende er nogle af DARPAs mest avancerede projekter, der lover at omdanne verden af ​​teknologi. Læs mere , en anden lignende funktion som grafen.

Når sort fosfor, når den er oprettet, er vanskelig at fremstille i store mængder med den specificerede bredde. Den traditionelle metode, der også anvendes til andre to-dimensionelle materialer, er den af ​​mekanisk affoliering. I denne omhyggeligt langsomme proces knuser forskere en mængde sort fosfor til en komprimeret pulver, brug derefter selvklæbende tape til langsomt at skrælle lagene tilbage, indtil de opretter en film bare et par lag tyk. Det er begrænset og begrænser både til fremstilling og forskning.

At indse, hvor restriktiv denne metode er, Mark C. Hersam, en kemiker ved Northwestern University, udviklede en ny teknik ved hjælp af løsningskemi for at fremskynde produktionen. De anbringer en krystal af sort fosfor og et opløsningsmiddel i bunden af ​​et ultralydsrør, der bruger en hurtigt vibrerende metalspids til at omrøre væsken.

Den resulterende soniske virkning kombineret med opløsningsmidlet adskiller den sorte phosphor i de krævede nanometer tykke lag, suspenderet i væsken. Forskere kan derefter spin-coat dette 'blæk' på overflader og skabe en tilfældig fordeling af tynde sorte fosforflager.

Selvom ultralydteknikken giver et lidt større udbytte og er en hurtigere proces, er den tilfældige fordeling noget problematisk. For at skabe virkelig effektive transistorer ved hjælp af sort fosfor skal forskere og ingeniører være i stand til at spin-coat overfladerne med meget større præcision. Dette er det næste mål for forskere.

Band Gap

En stor fordel ved sort fosforappel er dens naturlige båndspalte. Båndgabet eller energigabet er det, der adskiller ledende materialer fra halvledere. Det fungerer sådan:

• Graphene er en fremragende leder, og det er det, der gør det attraktivt for computerprocessorer. Lille modstand betyder lidt varme. Desværre ved vi endnu ikke, hvordan vi skifter det til en ikke-ledende tilstand. Graphene-transistorer kan ikke slukkes. Selvom der muligvis er måder at løse dette problem på, har ingen endnu brudt dem endnu.
• Sort fosfor er også en fremragende leder, men den har også et energigap, hvilket betyder, at mængden af ​​energi, der passerer gennem materialet, kan skiftes mellem ledende og isolerende. Ved at dotere sort fosfor kan du nemt oprette traditionelle transistorer. Du kan også indstille den til at producere virkelig specifik opførsel, hvilket giver mulighed for eksotiske elektroniske kredsløb.

Det er dette vidtgående bandgap, der udfyldes materialeforskere Sådan kan 3D-udskrivning af mennesker være muligt en dagHvordan fungerer bioprint? Hvad kan udskrives? Og vil nogensinde være i stand til at udskrive et fuldt menneske? Læs mere med spænding. Dette kombineret med sort fosfor 'høj fotofølsomhed kunne se den halvleder, der bruges i alt fra kemisk detektion til optisk kredsløb.

Optisk kredsløb

Sort fosfor omtales også som en "direkte bånd" halvleder. Dette er en sjælden egenskab, hvilket betyder, at materialet effektivt og effektivt kan konvertere elektriske signaler tilbage til lys, hvilket gør det til en fremragende kandidat til on-chip optisk kommunikation. University of Minnesota Institut for Elektroteknik og Computer Engineering kandidatstuderende Nathan Youngblood, hvis papir om sort fosfor med i Naturfotonik mener:

”Det er virkelig spændende at tænke på et enkelt materiale, der kan bruges til at sende og modtage data optisk og ikke er begrænset til et specifikt underlag eller bølgelængde. Dette kan have et enormt potentiale for højhastighedskommunikation mellem CPU-kerner, som i øjeblikket er en flaskehals i databehandlingsbranchen lige nu. ”

En silicon erstatning?

Mens Silicon Valley skulle omdøbes, kan sort fosfor være materialet til at tage processor-design til nye højder. Ideelt set vil sorte fosfor sænke driftsspændingen for transistorer belagt med det førnævnte 'blæk.' Dette vil sænke varmen produceret under brug, hvilket giver processorer mulighed for at klokke hurtigere uden overophedning, en proces, der stort set er stoppet for at tilføje mere kerner. Dette ville øge chipeffektiviteten og - vigtigst af alt - den samlede processorkraft.

Mores lov kan godt fortsætte 7nm IBM Chip fordobler ydelse, beviser Moore's lov gennem 2018En række grundlæggende fysiske grænser konvergerer for at stoppe udviklingen af ​​traditionelle siliciumcomputerchips. Et radikalt nyt gennembrud kan hjælpe med at strække grænserne lidt mere. Læs mere som planlagt!

Det er ikke kun transistorer, der kunne drage fordel af sort fosfor. Andre applikationer inden for elektronik inkluderer: solpaneler, solceller Effektiv. Billig. Fantastisk. Her er grunden til nyt spray-on solceller-materialePrisen på solenergi falder nedbragt efter et team af forskere, der arbejder på University of Sheffield i Storbritannien annoncerede udvikling af solceller ved hjælp af en spray-on behandle. Læs mere , batterier Batteriteknologier, der vil ændre verdenBatteriteknologi er vokset langsommere end andre teknologier, og er nu den lange teltstang i et svimlende antal industrier. Hvad bliver fremtidens batteriteknologi? Læs mere , afbrydere, sensorer og mere. Men som med de fleste spekulerende materialer, arbejde med, forske og implementering af materialer på atomniveau Kvantecomputere: slutningen af ​​kryptografi?Kvanteberegning som en idé har eksisteret i et stykke tid - den teoretiske mulighed blev oprindeligt introduceret i 1982. I løbet af de sidste par år er feltet blevet tættere på det praktiske. Læs mere vil tage tid, så forvent ikke en optoelektronisk computer Hvordan fungerer optiske og kvante computere?Exascale-alderen kommer. Ved du, hvordan optiske og kvante computere fungerer, og vil disse nye teknologier blive vores fremtid? Læs mere spiller Minecraft (Latecomer) Begyndervejledning til MinecraftHvis du dog er sent til festen, skal du ikke bekymre dig - denne omfattende begynderguide har du dækket. Læs mere lige om lidt.

Bør vi være begejstrede?

Ja selvfølgelig. Vi taler bogstaveligt talt om den potentielle fremtid for både computing og optisk kommunikation. Vi skal dog ikke glæde os og hoppe ombord på et sort fosfor-hype-tog, for det vil være en lang gammel rejse uden nogen definitiv ende i syne. Fantastiske materialer som sort fosfor, som Graphene, ligesom Molybdendisulfid er alle klar til at ændre fremtiden. Bare ikke så hurtigt, som vi måske kunne lide.

Er du begejstret for futuristiske materialer? Eller er det hele bare en flok hype? Fortæl os, hvad du synes!

Billedkreditter: sort pulver af Fablok via Shutterstock, Phosfor Allotropes, Sort fosforample, Fosforstruktur, DWave Chip alt via Wikimedia Commons, Mikrochip via Flickr