zdroj: Bing Image Creator

V článku boli použité aj materiály TASR.

Vedcom sa podarilo vytvoriť prvý funkčný grafénový polovodič, ktorý môže v budúcnosti vydláždiť cestu pre výrazne rýchlejšie čipy a kvantové počítače, uvádza nová štúdia. TASR informuje podľa správy servera Live Science. Na výrobu tranzistorov sa používajú materiály zvané polovodiče, ktoré za istých podmienok dokážu meniť svoje vlastnosti z izolantov na vodiče a naopak. Pri správnej teplote a dodaní istého množstva energie umožňujú vedenie elektrónov.

Prepíše, ako vnímame čipy

Väčšina dnešných elektronických čipov využíva tranzistory vyrobené z kremíka, no tento materiál sa dostáva na hranicu svojich možností, uvádza Walt de Heer z Georgijského inštitútu technológie, hlavný autor štúdie zverejnenej minulý týždeň v časopise Nature. Limity, na ktoré kremík naráža, je maximálna rýchlosť prepínania medzi zapnutým (vodivým) a vypnutým (nevodivým) stavom tranzistoru, množstvo tepla vznikajúce elektrickým odporom a najmenšia možná veľkosť tranzistorov.

Bing Image Creator

Má zázračnú vlastnosť, 15 rokov si ju nikto nevšimol

V roku 2018 fyzici z MIT zistili, že grafén, respektíve grafénové listy v závislosti od ich nastavenia môžu vytvárať buď supravodivý materiál alebo izolant, ktorý úplne blokuje tok elektrónov. To najnovšie podmienilo prepojenie dvoch doposiaľ na seba nezávislých oblastí – kvázikryštálov a twistroniky.

Ako sme ťa informovali prostredníctvom samostatného článku, kvázikryštály sú pevné látky, ktorých atómy a molekuly nemajú pravidelné usporiadanie ako bežné kryštály, ale súčasne ani nie sú rozmiestnené náhodne ako pri amorfných látkach. Je v nich teda možné nájsť určitú symetriu, napríklad rotačnú, pričom sa u nich môžu vyskytovať prvky symetrie, aké by sa v bežných periodických štruktúrach nemohli vyskytnúť. Najnovší výskum ale odhalil niečo, čo môže prepísať, ako tieto materiály vnímame.

Vedci na tvorbu nového materiálu použili tzv. epitaxiálny grafén. Tento typ grafénu má atómy uhlíka usporiadané do šesťuholníkovej mriežky, jediná vrstva atómov uhlíka sa potom chemicky spojí s atómami karbidu kremíka a spoločne vytvoria materiál s desaťnásobne vyššou mobilitou elektrónov ako čistý kremík.

Vyššia mobilita elektrónov znamená, že materiál pri vedení elektrického prúdu kladie elektrónom menší odpor, čo znamená menšie zahrievanie sa materiálu, a tým aj menšie straty energie. Takýto materiál je preto schopný fungovať pri vyšších, rádovo teraherzových frekvenciách, ktoré desaťnásobne prevyšujú v súčasnosti používané tranzistory vyrábané z kremíka, dodáva štúdia.

Doteraz sme ho nikdy nepoužili ako polovodič

Grafén však napriek svojim výhodným vlastnostiam v minulosti nikdy nebol využitý ako polovodič. Nemá totiž žiadne tzv. zakázané pásmo – čo je energetický rozdiel medzi valenčným a vodivostným pásmom tuhej látky, inými slovami to predstavuje minimálne množstvo energie potrebné na to, aby sa z izolantu stal vodič. Práve zakázané pásmo umožňuje, že sa tranzistor zapína a vypína a striedavo vedie a nevedie prúd. Grafén preto bolo potrebné upraviť, aby zakázané pásmo získal. V minulosti však tieto úpravy zhoršovali jeho ostatné vlastnosti.

Grafén vyrobíme z takmer akéhoľkovek odpadu

Vedcom z Rice University sa podarilo pred pár rokmi vytvoriť nový technologický postup, vďaka ktorému dokážu z takmer akéhokoľvek odpadu na báze uhlíka vytvoriť grafén, ktorý sa dá opätovne využiť v priemysle. Týmto spôsobom by sa mohlo vo výraznej miere znížiť množstvo produkovaného odpadu, ktorý je problém skladovať. Viac informácií nájdeš v samostatnom článku.

Spôsob uloženia atómov grafénu

Vedcom sa zhoršovaniu vlastností podarilo zabrániť pomocou špeciálnych pecí a cyklov zohrievania a ochladzovania pri tepelnom spracovaní materiálu. Atómy uhlíka po spojení s kremíkom „dotujú“ systém elektrónmi a spoločne vytvárajú polovodič so zakázaným pásmom.

Je to „ľahko uskutočniteľný“ prechod, hovorí expert

Prechod z výroby čisto kremíkových polovodičov na kremíkovo-grafénové polovodiče je podľa de Heera pomerne ľahko uskutočniteľný a otvára dvere k výrobe kvantových počítačov.

„Elektróny v graféne majú, podobne ako svetlo, vlastnosti podobné vlnám z kvantovej mechaniky, ktoré možno využiť najmä pri extrémne nízkych teplotách,“ uvádza de Heer. Schopnosť materiálov viesť elektrinu a klásť pritom prechodu elektrónov nemerateľne malý odpor sa nazýva supravodivosť. Nevýhodou však je, že na vytvorenie supravodivosti sú v súčasnosti potrebné extrémne podmienky s teplotou blížiacou sa absolútnej nule.

De Heer dodáva, že grafénové polovodiče ešte len musia dokázať, že sú skutočne lepšie ako supravodivosť aktuálne využívaná v najpokročilejších kvantových počítačoch. A práve to chcú vedci zistiť v rámci ďalšieho výskumu.

Pošli nám TIP na článok



Teraz čítajú