Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Металлические провода углеродного комплектного инструментария для углеродных компьютеров

Металлические провода углеродного комплектного инструментария для углеродных компьютеров

Опубликовал: Admin, 25-09-2020, 01:01, Нанотехнологии, 68, 0

Металлические провода углеродного комплектного инструментария для углеродных компьютеров

Транзисторы, основанные на углероде, а не на кремнии, потенциально могут повысить скорость компьютеров и сократить их энергопотребление более чем в тысячу раз - подумайте о мобильном телефоне, который держит заряд в течение нескольких месяцев - но набор инструментов, необходимых для создания работающих углеродных цепей, оставался неполным до тех пор, пока сейчас.

Команда химиков и физиков из Калифорнийского университета в Беркли, наконец, создала последний инструмент в ящике для инструментов - металлическую проволоку, полностью сделанную из углерода, что подготовило почву для активизации исследований по созданию транзисторов на основе углерода и, в конечном итоге компьютеры.

«Сохранение в пределах одного материала, в пределах области материалов на основе углерода, - вот что объединяет эту технологию сейчас», - сказал Феликс Фишер, профессор химии Калифорнийского университета в Беркли, отметив, что возможность изготавливать все элементы схемы из одного материала делает производство Полегче. «Это было одним из ключевых моментов, которых не хватало в общей картине архитектуры интегральных схем, полностью основанной на углероде».

Металлические провода - как металлические каналы, используемые для соединения транзисторов в компьютерной микросхеме - переносят электричество от устройства к устройству и соединяют полупроводниковые элементы внутри транзисторов, строительных блоков компьютеров.

Группа Калифорнийского университета в Беркли в течение нескольких лет работала над тем, как сделать полупроводники и изоляторы из графеновых нанолент, которые представляют собой узкие одномерные полоски графена толщиной в атом, структуру, полностью состоящую из атомов углерода, расположенных в гексагональном соединении, напоминающем курицу. провод.

Новый металл на углеродной основе - это также Графеновая нанолента , но спроектирован так, чтобы электроны проводились между полупроводниковыми нанолентами в полностью углеродных транзисторах. Металлические наноленты были созданы путем сборки их из более мелких одинаковых строительных блоков: восходящий подход, сказал коллега Фишера Майкл Кромми, профессор физики Калифорнийского университета в Беркли. Каждый строительный блок вносит свой вклад в электрон, который может свободно течь по наноленте.

Хотя другие материалы на основе углерода, такие как протяженные двумерные листы графена и углеродные нанотрубки, могут быть металлическими, у них есть свои проблемы. Например, преобразование двумерного листа графена в полосы нанометрового размера спонтанно превращает их в полупроводники или даже изоляторы. Углеродные нанотрубки, которые являются отличными проводниками, не могут быть получены с такой же точностью и воспроизводимостью в больших количествах, как наноленты.

«Наноленты позволяют нам получать химический доступ к широкому спектру структур, используя восходящее производство, что еще невозможно с нанотрубками», - сказал Кромми. «Это позволило нам сшить электроны вместе, чтобы создать металлическую наноленту, чего раньше не делали. Это одна из величайших проблем в области технологии графеновых нанолент, и почему мы так взволнованы».

Наноленты из металлического графена, которые имеют широкую, частично заполненную электронную полосу, характерную для металлов, должны быть сопоставимы по проводимости с самим 2-D графеном.

«Мы думаем, что металлические провода - это действительно прорыв; впервые мы можем намеренно создать сверхузкий металлический проводник - хороший внутренний проводник - из материалов на основе углерода без необходимости внешнего легирования», - добавил Фишер.

Кромми, Фишер и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) опубликуют свои выводы в выпуске журнала от 25 сентября. Наука .

Тонкая настройка топологии

Интегральные схемы на основе кремния приводили в действие компьютеры в течение десятилетий с постоянно увеличивающейся скоростью и производительностью в соответствии с законом Мура, но они достигают своего предела скорости, то есть того, насколько быстро они могут переключаться между нулями и единицами. Также становится все труднее снизить энергопотребление; компьютеры уже используют значительную часть мирового производства энергии. По словам Фишера, компьютеры на основе углерода потенциально могут переключаться во много раз быстрее, чем кремниевые компьютеры, и использовать только часть энергии.

Графен, представляющий собой чистый углерод, является ведущим претендентом на создание компьютеров следующего поколения на основе углерода. Однако узкие полоски графена в первую очередь являются полупроводниками, и задача заключалась в том, чтобы заставить их работать также как изоляторы и металлы - противоположные крайности, полностью непроводящие и полностью проводящие соответственно - чтобы построить транзисторы и процессоры полностью из углерода.

Несколько лет назад Фишер и Кромми объединились с ученым-теоретиком материаловедом Стивеном Луи, профессором физики Калифорнийского университета в Беркли, чтобы открыть новые способы соединения небольших отрезков наноленты для надежного создания всего спектра проводящих свойств.

Два года назад команда продемонстрировала, что, правильно соединив короткие сегменты наноленты, электроны в каждом сегменте можно расположить так, чтобы создать новое топологическое состояние - особую квантовую волновую функцию - что приведет к настраиваемым свойствам полупроводника.

В новой работе они используют аналогичную технику для сшивания коротких сегментов нанолент для создания проводящего металлического провода длиной в десятки нанометров и шириной всего лишь в один нанометр.

Наноленты были созданы химическим способом и отображены на очень плоских поверхностях с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Простое тепло было использовано для того, чтобы заставить молекулы химически вступить в реакцию и соединиться вместе правильным образом. Фишер сравнивает сборку из гирляндных строительных блоков с набором лего, но лего разработаны для атомных масштабов.

«Все они точно спроектированы так, что есть только один способ их сочетания. Это как если бы вы взяли сумку с Lego, встряхнули ее, и выйдет полностью собранный автомобиль», - сказал он. «Это волшебство управления самосборкой с помощью химии».

После сборки новая нанолента находилась в электронном состоянии, как и предсказывал Луи, с каждым сегментом, вносящим свой вклад в один проводящий электрон.

Окончательный прорыв можно объяснить мельчайшим изменением структуры наноленты.

«Используя химию, мы произвели крошечное изменение, изменение только одной химической связи на каждые 100 атомов, но которое увеличило металличность наноленты В 20 раз, и это важно с практической точки зрения. вид, чтобы сделать из этого хороший металл, - сказал Кромми.

Два исследователя работают с инженерами-электриками из Калифорнийского университета в Беркли, чтобы собрать свой набор инструментов из полупроводников, изоляционных материалов и металла графен наноленты в рабочие транзисторы.

«Я считаю, что эта технология в будущем произведет революцию в том, как мы строим интегральные схемы», - сказал Фишер. «Это должно сделать нам большой шаг вперед по сравнению с наилучшей производительностью, которую можно ожидать от кремния прямо сейчас. Теперь у нас есть путь к более высокой скорости переключения при гораздо более низком уровне Потребляемая мощность Это то, что движет вперед. будущее электронной и полупроводниковой промышленности на основе углерода ».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии