Kunne svartfosfor være fremtiden for mikrochips?

Graphene har lenge vært sett som fremtiden for dataprosessorer og elektronikk. Men de siste par årene har det oppstått noen bemerkelsesverdige todimensjonale krystallmaterialer. En ny utfordrer er svart fosfor. Denne uken har et koreansk forskergruppe funnet ut hvordan man kan lage et innstillbart båndgap i materialet, slik at det kan brukes som halvleder og (potensielt) en overlegen erstatning for silisium.

Hva betyr dette for halvledere og fremtiden for graphene Den nyeste datateknologi du må se for å tro på den nyeste datateknologien du må se for å tro Sjekk ut noen av de nyeste datateknologiene som er satt for å forandre verden av elektronikk og PCer de neste årene. Les mer ? La oss finne det ut!

Svart fosfor

Som grafen kan svart fosfor separeres i et-atom tykke ark. Disse arkene er kjent som fosfor, men i motsetning til grafen fungerer disse lagene som en utmerket halvleder som lett kan slås av og på, forhåpentligvis reduserer kraftkravene til en ny generasjon 8 Utrolige nye måter å generere elektrisitet på 8 Utrolige nye måter å generere elektrisitet på Alternativ energi er en oppgang, men du kan ikke vite om alle alternativene. Her er noen av de galeste nye måtene å generere makt. Les mer av ultraledende transistorer. Grafen er ekstremt ledende, men mangler et naturlig båndgap, og dette er hvor svart fosfor kunne komme inn.

Produksjon

Svart fosfor er en termodynamisk stabil allotrop av elementet, fosfor. Stabilt ved romtemperatur er svart fosfor ikke et "naturlig forekommende" stoff og oppnås bare ved oppvarming av hvitt fosfor under ekstremt høyt trykk, ca. 12.000 atmosfærer. De resulterende svarte fosforkrystallene har puckered bikakelag, med mellomlagsavstand på 0,5 nanometer. Du vil ikke tro det: DARPA Fremtidig forskning i avanserte datamaskiner. Du vil ikke tro det. DARPA Fremtidig forskning i avanserte datamaskiner DARPA er en av de mest fascinerende og hemmelighetsfulle deler av den amerikanske regjeringen. Følgende er noen av DARPAs mest avanserte prosjekter som lover å forandre teknologien. Les mer, en annen lignende egenskap for graphene.

Når svart fosfor er opprettet, er det vanskelig å produsere i store mengder ved den angitte bredden. Den tradisjonelle metoden, som også brukes på andre todimensjonale materialer, er mekanisk peeling. I denne forsiktig sakte prosessen knuser forskere en mengde svart fosfor til et komprimert pulver, og deretter bruker du tape for å sakte skille tilbake lagene til de lager en film bare noen få lag tykk. Det er begrenset og begrenset til både produksjon og forskning.

Å realisere hvor restriktiv denne metoden er, Mark C. Hersam, en kjemiker ved Northwestern University utviklet en ny teknikk ved hjelp av løsemiddelkjemi for å øke hastigheten på produksjonen. De plasserer en krystall av svart fosfor og et løsemiddel i bunnen av et ultralydrør, som bruker en hurtig vibrerende metalltip for å agitere væsken.

Den resulterende lydvirkningen, kombinert med løsningsmidlet, separerer det svarte fosforet i de nødvendige nanometertykkene, suspendert i væsken. Forskere kan deretter spin-coat denne "blekk" på overflater, noe som skaper en tilfeldig distribusjon av tynne svarte fosforflinginger.

Mens ultralydteknikken gir et litt større utbytte, og er en raskere prosess, er den tilfeldige fordeling noe problematisk. For å skape virkelig effektive transistorer som bruker svarte fosforforskere, må ingeniører kunne spinne overflatene med mye større presisjon. Dette er neste mål for forskere.

Band Gap

En stor fordel ved svart fosforappell er dens naturlige bandgap. Bandgapet, eller energikløften, skiller ledende materialer fra halvledere. Det virker slik:

• Graphene er en utmerket leder, noe som gjør det attraktivt for dataprosessorer. Liten motstand betyr lite varme. Dessverre vet vi ennå ikke hvordan å bytte den til en ikke-ledende tilstand. Grafentransistorer kan ikke slås av. Selv om det kan være måter å løse dette problemet på, har ingen sprakk dem ennå.
• Svart fosfor er også en utmerket leder, men den har også et energigap, som betyr at mengden energi som går gjennom materialet, kan byttes mellom ledende og isolerende. Ved doping svart fosfor kan du enkelt lage tradisjonelle transistorer. Du kan også stille inn det for å produsere virkelig spesifikk atferd, slik at du kan eksotiske elektroniske kretser.

Det er dette brede bandgapet som fyller materialforskere. Hvordan 3D-utskriftsmennesker kan være mulig. En dag. Hvordan 3D-utskrift mennesker kan være mulig. Noen dag. Hvordan fungerer bioprinting? Hva kan skrives ut? Og vil noen gang være i stand til å skrive ut et fullt menneske? Les mer med spenning. Dette, kombinert med svart fosfor 'høy fotofølsomhet, kunne se halvlederen brukt i alt fra kjemisk deteksjon til optisk krets.

Optisk Circuitry

Svart fosfor er også referert til som a “direkte-bånd” halvledere. Dette er en sjelden egenskap, noe som betyr at materialet effektivt og effektivt kan konvertere elektriske signaler tilbake til lys, noe som gjør det til en førsteklasses kandidat for on-chip optisk kommunikasjon. Universitetet i Minnesota Department of Electrical and Computer Engineering uteksaminert student Nathan Youngblood, hvis papir på svart fosfor omtalt i Naturfotonikk mener:

“Det er veldig spennende å tenke på et enkelt materiale som kan brukes til å sende og motta data optisk og ikke er begrenset til et spesifikt substrat eller en bølgelengde. Dette kan ha stort potensial for høyhastighets kommunikasjon mellom CPU-kjerner, som for tiden er en flaskehals i databehandlingsindustrien akkurat nå.”

En silisiumutskifting?

Mens Silicon Valley skulle bli omdøpt, kunne svart fosfor være materialet til å ta prosessor design til nye høyder. Ideelt sett vil svartfosfor senke driftsspenningen til transistorer belagt med den ovennevnte "blekk". Dette vil redusere varmen som produseres under bruk, slik at prosessorer blir klokket raskere uten overoppheting, en prosess som i stor grad har stoppet til fordel for å legge til flere kjerner. Dette vil øke effektiviteten av chip, og - viktigst - samlet prosessorkraft.

Moores lov kan godt fortsette 7nm IBM Chip Doubles Performance, viser Moores lov gjennom 2018 7nm IBM Chip Doubles Performance, viser Moores lov gjennom 2018 En rekke fundamentale fysiske grenser er konvergerende for å stoppe utviklingen av tradisjonelle silisiumdatabrett. Et radikalt nytt gjennombrudd kan bidra til å strekke grensene litt mer. Les mer som planlagt!

Det er ikke bare transistorer som kan ha nytte av svart fosfor. Andre anvendelser innen elektronikk inkluderer: solcellepaneler, solceller Effektiv. Billig. Rått. Her er hvorfor New Spray-On Solar Cells Matter Effektiv. Billig. Rått. Her er hvorfor New Spray-On Solar Cells Matter Kostnaden for solenergi er satt til å falle nedfalt etter at et team av forskere som jobber ved University of Sheffield i Storbritannia, kunngjorde utviklingen av solceller ved hjelp av en spray-on-prosess. Les mer, batterier Batterieteknologier som skal endre verdens batteriteknologier som kommer til å forandre verden Batterieteknikken har vokst sakte enn andre teknologier, og er nå den lange teltpolen i et svimlende antall bransjer. Hva vil fremtiden for batteriteknologi være? Les mer, brytere, sensorer og mer. Men som med de fleste lurer på materialer, jobber med, forsker og implementerer atomnivåmaterialer Quantum Computers: End of Cryptography? Quantum-datamaskiner: Enden av kryptografi? Quantum computing som en ide har eksistert en stund - den teoretiske muligheten ble opprinnelig introdusert i 1982. I løpet av de siste årene har feltet blitt kantet nærmere praktisk. Les mer vil ta tid, så ikke forvent en optoelektronisk datamaskin Hvordan fungerer optiske og kvantum datamaskiner? Hvordan fungerer optiske og kvantum datamaskiner? Exascale Age kommer. Vet du hvordan optiske og kvante datamaskiner fungerer, og vil disse nye teknologiene bli vår fremtid? Les mer spiller Minecraft The (Latecomer) Begynnerveiledning til Minecraft The (Latecomer) Begynnerveiledning til Minecraft Hvis du er sent til festen, ikke vær redd - denne omfattende nybegynnersveiledningen har dekket deg. Les mer helst snart.

Skal vi være spent?

Ja, selvfølgelig. Vi snakker bokstavelig talt om den potensielle framtiden for både databehandling og optisk kommunikasjon. Vi bør imidlertid ikke glede oss og hoppe ombord på et svart fosforhype-tog, fordi det blir en lang gammel reise uten endelig ende i sikte. Utrolige materialer som Black Phosphorus, som Graphene, som Molybden Disulphide, er alt for å forandre fremtiden. Bare ikke så fort som vi kanskje vil.

Er du begeistret av futuristiske materialer? Eller er det bare en gjeng med sprøytenarkoman? Gi oss beskjed om hva du synes!

Image Credits: svart pulver av Fablok via Shutterstock, Fosfor Allotropes, Black Phosphorus Ampoule, Fosfor Struktur, DWave Chip alt via Wikimedia Commons, Microchip via Flickr

Utforsk mer om: Dataprosessor, Geeky Science.