Kan svartfosfor vara framtiden för mikrochips?

Annons

Grafen har länge setts som datorns processorer och elektronikens framtid. Under de senaste åren har dock några anmärkningsvärda kristallmaterial med två dimensioner dykt upp. En ny utmanare är svart fosfor. Den här veckan har en koreansk forskargrupp kommit fram till hur skapa ett inställbart bandgap i materialet, vilket gör att det kan användas som en halvledare och (potentiellt) en överlägsen ersättning för kisel.

Vad betyder detta för halvledare, och framtidens grafen Den senaste datatekniken du måste se för att troKolla in några av de senaste datorteknologierna som är avsedda att omvandla världen inom elektronik och datorer under de närmaste åren. Läs mer ? Låt oss ta reda på!

Svart fosfor

Liksom grafen kan svart fosfor separeras i en atomtjocka ark. Dessa ark är kända som fosforen, men till skillnad från grafen fungerar dessa lager som en utmärkt halvledare som lätt kan slås på och av, förhoppningsvis avsevärt strömkrav för en ny generation 8 Otroliga nya sätt att generera elektricitet

Alternativ energi är en uppgång, men du kanske inte känner till alla alternativ. Här är några av de galnaste nya sätten att generera kraft. Läs mer av ultraledande transistorer. Grafen är extremt ledande, men saknar ett naturligt bandgap, och det är där svart fosfor kan trampa in.

Produktion

Svart fosfor är en termodynamiskt stabil allotrop av elementet, fosfor. Stabil vid rumstemperatur, svart fosfor är inte ett "naturligt förekommande" ämne och erhålls endast genom att värma vitt fosfor under extremt högt tryck, cirka 12 000 atmosfärer. De resulterande svarta fosforkristallerna har puckrade bikakeskikt med mellanlageravstånd på 0,5 nanometer Du kommer inte att tro det: DARPA framtida forskning i avancerade datorerDARPA är en av de mest fascinerande och hemlighetsfulla delarna av den amerikanska regeringen. Följande är några av DARPAs mest avancerade projekt som lovar att förändra teknologivärlden. Läs mer , en annan liknande funktion som grafen.

När den har skapats är svart fosfor svårt att tillverka i stora mängder med den specificerade bredden. Den traditionella metoden, som också tillämpas på andra tvådimensionella material, är den för mekanisk exfoliering. I denna noggrann långsamma process krossar forskare en mängd svart fosfor till en komprimerad pulver, använd sedan självhäftande tejp för att långsamt skala tillbaka lager tills de skapar en film bara några lager tjock. Det är begränsat och begränsar till både tillverkning och forskning.

Insåg hur restriktiv denna metod är, Mark C. Hersam, en kemist vid Northwestern University utvecklade en ny teknik med lösningskemi för att påskynda produktionen. De placerar en kristall av svart fosfor och ett lösningsmedel i botten av ett ultraljudsrör, som använder en snabbt vibrerande metallspets för att agitera vätskan.

Den resulterande soniska verkan, i kombination med lösningsmedlet, separerar den svarta fosforen i de erforderliga nanometertunna skikten, suspenderade i vätskan. Forskare kan sedan snurra på detta "bläck" på ytorna och skapa en slumpmässig fördelning av tunna svarta fosforflingor.

Medan ultraljudstekniken ger något större utbyte och är en snabbare process, är den slumpmässiga fördelningen något problematisk. För att skapa verkligt effektiva transistorer med svart fosfor måste forskare och ingenjörer kunna snurra ytorna med mycket större precision. Detta är nästa mål för forskare.

Bandgap

En stor fördel med svart fosforappell är dess naturliga bandgap. Bandgapet eller energigapet är det som skiljer ledande material från halvledare. Det fungerar så här:

• Graphene är en utmärkt ledare, vilket är det som gör det attraktivt för datorprocessorer. Lite motstånd betyder lite värme. Tyvärr vet vi ännu inte hur vi omvandlar det till ett icke-ledande tillstånd. Graftransistorer kan inte stängas av. Även om det kan finnas sätt att lösa detta problem, har ingen ännu knäckt dem.
• Svart fosfor är också en utmärkt ledare, men den har också en energigap, vilket innebär att mängden energi som passerar genom materialet kan växlas mellan ledande och isolerande. Genom att dopera svart fosfor kan du enkelt skapa traditionella transistorer. Du kan också ställa in den för att producera riktigt specifikt beteende, vilket möjliggör exotiska elektroniska kretsar.

Det är detta breda bandgap som fylls materialforskare Hur 3D-utskrift människor kan vara möjliga en dagHur fungerar biotryck? Vad kan skrivas ut? Och kommer det någonsin att kunna skriva ut en full människa? Läs mer med spänning. Detta i kombination med svart fosforhög fotokänslighet kunde se halvledaren som används i allt från kemisk detektion till optiska kretsar.

Optisk krets

Svart fosfor kallas också en "direktband" halvledare. Detta är en sällsynt egenskap, vilket innebär att materialet effektivt och effektivt kan konvertera elektriska signaler tillbaka till ljus, vilket gör det till en främsta kandidat för optisk kommunikation på chipet. University of Minnesota Institutionen för elektroteknik och datateknik, Nathan Youngblood, vars papper om svart fosfor presenterad i Nature Photonics menar:

”Det är verkligen spännande att tänka på ett enda material som kan användas för att skicka och ta emot data optiskt och inte är begränsat till ett specifikt underlag eller våglängd. Detta kan ha en enorm potential för snabb kommunikation mellan CPU-kärnor, som för närvarande är en flaskhals i datorindustrin just nu. "

En silikonbyte?

Medan Silicon Valley skulle behöva byta namn, kan svart fosfor vara materialet för att ta processorkonstruktion till nya höjder. Helst sänker svart fosfor driftspänningen för transistorer belagda med det ovan nämnda 'bläcket'. Detta kommer att sänka värmen produceras under användning, vilket gör att processorer kan klockas snabbare utan överhettning, en process som till stor del har stannat för att lägga till mer kärnor. Detta skulle öka chipeffektiviteten och - viktigast av allt - den totala processorkraften.

Mores lag kan mycket väl fortsätta 7nm IBM Chip fördubblar prestanda, bevisar Moore's Law till och med 2018Ett antal grundläggande fysiska gränser konvergerar för att stoppa framstegen för traditionella kiseldatorchips. Ett radikalt nytt genombrott kan hjälpa till att sträcka gränserna lite mer. Läs mer som planerat!

Det är inte bara transistorer som skulle kunna dra nytta av svart fosfor. Andra applikationer inom elektronik inkluderar: solpaneler, solceller Effektiv. Billig. Grymt bra. Här är varför nya spray-på solceller MatterKostnaden för solenergi kommer att minska brant efter ett team av forskare som arbetar på University of Sheffield i Storbritannien tillkännagav utveckling av solceller med en spray-on bearbeta. Läs mer , batterier Batteriteknologier som kommer att förändra världenBatteriteknik har vuxit långsammare än andra tekniker och är nu den långa tältstången i ett häpnadsväckande antal industrier. Vad kommer framtidens batteriteknik att vara? Läs mer , switchar, sensorer och mer. Men som med de flesta undrar material, arbeta med, undersöka och implementering av atomenivåmaterial Kvantdatorer: slutet på kryptografi?Kvantberäkning som idé har funnits ett tag - den teoretiska möjligheten introducerades ursprungligen 1982. Under de senaste åren har fältet blivit närmare praktisk. Läs mer kommer att ta tid, så förvänta dig inte en optoelektronisk dator Hur fungerar optiska och kvantdatorer?Exascale Age kommer. Vet du hur optiska och kvantdatorer fungerar, och kommer dessa nya tekniker att bli vår framtid? Läs mer spelar Minecraft The (Latecomer) Nybörjarguide till MinecraftOm du är sen på festen, oroa dig inte - den här omfattande nybörjarguiden har du täckt. Läs mer när som helst snart.

Bör vi vara glada?

Ja självklart. Vi talar bokstavligen om den potentiella framtiden för både datoranvändning och optisk kommunikation. Vi borde dock inte glädja oss och hoppa ombord på ett svart fosfor-hype-tåg, för det kommer att bli en lång gammal resa utan definitivt slut i sikte. Fantastiska material som svart fosfor, som grafen, som molybdendisulfid kommer alla att förändra framtiden. Bara inte så snabbt som vi kanske vill.

Är du upphetsad av futuristiska material? Eller är det bara en massa hype? Låt oss veta vad du tycker!

Bildkrediter: svartkrut av Fablok via Shutterstock, Fosfor Allotropes, Svart fosforampull, Fosforstruktur, DWave Chip allt via Wikimedia Commons, Mikrochip via Flickr