Kunne sort fosfor være fremtiden for mikrochips?

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 skaber en afstemelig båndafstand 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 nyeste computerteknologi, du er nødt til at se for at tro Den nyeste computerteknologi, du er nødt til at se for at tro, tjek nogle af de nyeste computerteknologier, der er indstillet til at transformere verden af ​​elektronik og Pc'er i de næste par år. ? Lad os finde ud af det!

Sort fosfor

Ligesom grafen kan sort fosfor adskilles i et atomtykke ark. Disse lag er kendt som phosphoren, men i modsætning til grafen fungerer disse lag som en fremragende halvleder, der let kan tændes og slukkes, forhåbentlig væsentligt at sænke effektbehovene til en ny generation 8 Utrolige nye måder at generere elektricitet 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. 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 computere Du vil ikke tro det: DARPA Fremtidsforskning i avancerede computere DARPA er en af ​​de mest fascinerende og hemmeligholdte dele af den amerikanske regering. Følgende er nogle af DARPAs mest avancerede projekter, der lover at omdanne verden af ​​teknologi. , 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 i et komprimeret pulver, brug derefter klæbebånd til langsomt at skrælle lagene tilbage, indtil de skaber en film, der kun er et par lag tykke. Det er begrænset og begrænser både til fremstilling og forskning.

Når han var klar over, hvor restriktiv denne metode er, udviklede Mark C. Hersam, en kemiker ved Northwestern University en ny teknik ved hjælp af opløsnings-kemi til 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 denne 'blæk' på overflader, hvilket skaber 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. Grafentransistorer kan ikke slukkes. Der kan være måder at løse dette problem på, men ingen har knækket 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 vidtrækkende båndgap, der fylder materialeforskere. Hvordan 3D-udskrivning af mennesker kan være muligt en dag Hvordan 3D-udskrivning af mennesker kan være muligt en dag Hvordan fungerer bioaftryk? Hvad kan udskrives? Og vil nogensinde være i stand til at udskrive et fuldt menneske? med spænding. Dette kombineret med sort fosfor 'høj fotofølsomhed kunne se halvlederen brugt i alt fra kemisk detektion til optisk kredsløb.

Optisk kredsløb

Sort fosfor benævnes også en “direkte-band” 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 førende kandidat til on-chip optisk kommunikation. University of Minnesota Institut for Elektroteknologi og computerteknologi, kandidatstuderende Nathan Youngblood, hvis papir om sort fosfor indeholdt 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 ovennævnte 'blæk'. Dette vil sænke den varme, der produceres under brug, hvilket gør det muligt for processorer at blive uret hurtigere uden overophedning, en proces, der stort set er stoppet for at tilføje flere kerner. Dette ville øge chipeffektiviteten og - vigtigst af alt - den samlede processorkraft.

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

Det er ikke kun transistorer, der kunne drage fordel af sort fosfor. Andre anvendelser inden for elektronik inkluderer: solpaneler, solceller Effektiv. Billig. Fantastisk. Her er, hvorfor nye spray-on solceller er effektive. Billig. Fantastisk. Her er grunden til, at nye spray-on-solceller-anliggender Udgifterne til solenergi er indstillet til at falde brat, efter at et team af forskere, der arbejder ved University of Sheffield i Storbritannien, annoncerede udvikling af solceller ved hjælp af en spray-on-proces. , batterier Batteriteknologier, der vil ændre verdens batteriteknologier, der vil ændre verden Batteriteknologien er vokset langsommere end andre teknologier, og er nu den lange teltstang i et svimlende antal industrier. Hvad bliver fremtidens batteriteknologi? , afbrydere, sensorer og mere. Men som med de fleste spekulerende materialer, arbejde med, undersøge og implementere materialer på atomniveau Quantum Computers: The End of Cryptography? 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. vil tage tid, så forvent ikke en optoelektronisk computer Hvordan fungerer optiske og kvante computere? 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? spiller Minecraft The (Latecomer) Begyndervejledning til Minecraft The (Latecomer) Beginners guide til Minecraft Hvis du er sent til festen, skal du ikke bekymre dig - denne omfattende begynderguide har du dækket. 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 grafen, 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, Black Phosphor Ampoule, Phosfor Structure, DWave Chip all via Wikimedia Commons, Microchip via Flickr