Kan svartfosfor vara framtiden för mikrochips?

Grafen har länge ses som framtid för datorprocessorer och elektronik. Under de senaste åren har dock några märkliga kristallmaterial av två dimensioner uppstått. En ny utmanare är svart fosfor. Den här veckan har ett koreanskt forskargrupp funderat på hur man skapar ett avstämbart bandgap i materialet, vilket gör att det kan användas som en halvledare och (eventuellt) en överlägsen ersättning för kisel.

Vad betyder detta för halvledare och framtiden för grafen Den senaste datatekniken du måste se för att tro på den senaste datatekniken du måste se för att tro Kolla in några av de senaste datortekniken som är inställda för att omvandla världen av elektronik och Datorer under de närmaste åren. Läs mer ? Låt oss ta reda på!

Svart fosfor

Liksom grafen kan svart fosfor separeras i en-atom tjocka ark. Dessa ark är kända som fosfor, men i motsats till grafen fungerar dessa lager som en utmärkt halvledare som enkelt kan slås på och av, förhoppningsvis sänker kraftkraven för en ny generation 8 Otroliga nya sätt att generera el 8 Otroliga nya sätt att generera el Alternativ energi är en ökning, men du kanske inte vet om alla alternativ. Här är några av de skrämmaste nya sätten att generera makt. Läs mer av ultraledande transistorer. Grafen är extremt ledande men saknar ett naturligt bandgap, och det är här där svart fosfor kan komma 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 uppvärmning av vit fosfor under extremt högt tryck, cirka 12 000 atmosfärer. De resulterande svarta fosforkristallerna har puckerad bikakskikt, med mellanlagsavstånd på 0,5 nanometer. Du kommer inte att tro det: DARPA Framtida forskning till avancerade datorer Du kommer inte att tro det: DARPA Framtida forskning i avancerade datorer DARPA är en av de mest fascinerande och hemliga delar av den amerikanska regeringen. Följande är några av DARPAs mest avancerade projekt som lovar att förvandla teknikens värld. Läs mer, en annan liknande egenskap för grafen.

När svart fosfor har skapats är det svårt att tillverka i stora mängder vid den angivna bredden. Den traditionella metoden, som också tillämpas på andra tvådimensionella material, är mekanisk avskalning. I den här noggrant långsamma processen försvårar forskare en mängd svart fosfor i ett komprimerat pulver och använder sedan tejp för att långsamt avlägsna lager tills de skapar en film bara några skikt tjocka. Det är begränsat och begränsat till både tillverkning och forskning.

Att inse hur begränsande denna metod är, Mark C Hersam, en kemist vid nordvästra universitetet, utvecklade en ny teknik med hjälp av lösningskemi för att påskynda produktionen. De placerar en kristall av svart fosfor och ett lösningsmedel i botten av ett ultraljudsrör, som använder ett snabbt vibrationsmetalltips för att agitera vätskan.

Den resulterande soniska verkan, kombinerad med lösningsmedlet separerar den svarta fosforen i de erforderliga nanometer tjocka arken, suspenderade i vätskan. Forskare kan sedan spin-coat denna "bläck" på ytor, vilket skapar en slumpmässig fördelning av tunna svarta fosforflingor.

Medan ultraljudstekniken ger ett något större utbyte och är en snabbare process är slumpmässig fördelning något problematisk. För att skapa verkligt effektiva transistorer med hjälp av svarta fosforforskare måste ingenjörer spinna ytorna med mycket större precision. Detta är nästa mål för forskare.

Bandgap

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

• Graphene är en utmärkt ledare, vilket gör det attraktivt för datorprocessorer. Lite motstånd betyder liten värme. Tyvärr vet vi ännu inte hur man byter till ett icke-ledande tillstånd. Grafentransistorer kan inte stängas av. Även om det kan finnas sätt att lösa detta problem, har ingen knäckt dem än.
• Svart fosfor är också en utmärkt ledare, men den har också en energihål, vilket betyder att mängden energi som passerar genom materialet kan bytas mellan ledande och isolerande. Genom dopning av svart fosfor kan du enkelt skapa traditionella transistorer. Du kan också ställa in det för att producera riktigt specifika beteenden, vilket möjliggör exotiska elektroniska kretsar.

Det är detta omfattande bandgap som fyller materialvetenskapsmän. Hur 3D-utskriftsmänniskor kan vara möjliga Någon dag Hur 3D-utskriftsmänniskor kan vara möjliga Någon dag Hur fungerar bioprinting? Vad kan skrivas ut? Och kommer någonsin att kunna skriva ut en hel människa? Läs mer med spänning. Detta, i kombination med svart fosfor 'hög fotokänslighet kunde se halvledaren som används i allt från kemisk detektering till optisk krets.

Optisk kretslopp

Svart fosfor kallas också som a “direkt-band” halvledare. Det här är en sällsynt egenskap, vilket betyder att materialet effektivt och effektivt kan konvertera elektriska signaler tillbaka till ljuset, vilket gör det till en utmärkt kandidat för optisk kommunikation på chip. University of Minnesota Institutionen för elektroteknik och datateknik forskarstuderande Nathan Youngblood, vars papper om svart fosfor presenteras i Naturfotonik menar:

“Det är väldigt 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 substrat eller en våglängd. Detta kan ha stor potential för höghastighetskommunikation mellan CPU-kärnor, som för närvarande är en flaskhals i datorindustrin just nu.”

En ersättning av silikon?

Medan Silicon Valley skulle behöva bytas om, kan svart fosfor vara materialet för att ta processorns design till nya höjder. Helst kommer svartfosfor att sänka driftsspänningen hos transistorer belagda med ovannämnda "bläck". Detta kommer att sänka värmen som produceras under användningen, vilket gör att processorer kan klockas snabbare utan överhettning, en process som i stor utsträckning har stoppat för att lägga till fler kärnor. Detta skulle öka effektiviteten i chip, och - viktigast - övergripande bearbetningskraft.

Moores lag kan fortsätta 7nm IBM Chip Doubles Performance, bevisar Moores lag genom 2018 7nm IBM Chip Doubles Performance, bekräftar Moores lag genom 2018 Ett antal grundläggande fysiska gränser är konvergerande för att stoppa utvecklingen av traditionella kisel-datortillbehör. Ett radikalt nytt genombrott kan bidra till att sträcka gränserna lite mer. Läs mer som planerat!

Det är inte bara transistorer som kan dra nytta av svart fosfor. Andra tillämpningar inom elektronik omfattar: solpaneler, solceller Effektiv. Billig. Grymt bra. Här är varför ny spridning på solceller är effektiv. Billig. Grymt bra. Här är varför ny spray-on solcellsmateriel Kostnaden för solenergi är inställd att falla falligt efter ett team av forskare som arbetar vid University of Sheffield i Storbritannien meddelade utvecklingen av solceller med en spray-on-process. Läs mer, batterier Batteriteknik som kommer att förändra världens batteriteknologier som kommer att förändra världen Batteritekniken har växit långsammare än andra teknologier och är nu den långa tältpolen i ett svimlande antal industrier. Vad ska framtiden för batteritekniken vara? Läs mer, växlar, sensorer och mer. Men som med de flesta undrar material, arbetar med, forskar och genomför material på atomnivå Quantum Computers: The End of Cryptography? Quantum Datorer: slutet av kryptografi? Kvantumberäkning som en idé har funnits en stund - den teoretiska möjligheten introducerades ursprungligen 1982. Under de senaste åren har fältet skett närmare praktiken. Läs mer tar tid, så förvänta dig inte en optoelektronisk dator Hur fungerar optiska och kvanta datorer? Hur fungerar optiska och kvanta datorer? Exascale Age kommer. Vet du hur optiska och kvantdatorer fungerar och kommer den nya teknologin bli vår framtid? Läs mer Spela Minecraft The (Latecomer) Nybörjarhandboken till Minecraft The (Latecomer) Nybörjarhandboken till Minecraft Om du är sen till festen, oroa dig inte - den här omfattande nybörjarguiden har du täckt. Läs mer när som helst snart.

Ska vi vara upphetsade?

Ja självklart. Vi talar bokstavligen om den potentiella framtiden för både databehandling och optisk kommunikation. Vi bör dock inte glädjas och hoppa ombord på ett svartfosforhype-tåg, eftersom det blir en lång gammal resa utan slutgiltigt slut i sikte. Fantastiska material som svartfosfor, som Graphene, som molybdendisulfid, är alla för 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: svart pulver av Fablok via Shutterstock, Fosfor Allotropes, Svartfosfor Ampoule, Fosforstruktur, DWave Chip allt via Wikimedia Commons, Microchip via Flickr

Utforska mer om: Dataprocessor, Geeky Science.