Vyrobili prvý funkčný polovodič z materiálu novej generácie. Máme na dosah supervýkonné čipy budúcnosti
Predplatné PREMIUM na mesiac ZDARMA.
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.
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.
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.
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú
Apple a Microsoft sa trasú. Ďalší gigant práve prekonal nemysliteľnú hranicu
Veľký elektropredajca na Slovensku končí. Toto bude jeho náhrada
Vyrába pri teplote 40-násobne vyššej ako na Slnku. Intel zostrojil najpokročilejšiu mašinu na čipy
Niesol raketoplán a milióny ľudí. Legendárne lietadlo Boeingu končí, dostane brutálnu náhradu
Rozlúštili neviditeľnosť. Za pár eur ju môžeš skúsiť aj ty
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Veľký elektropredajca na Slovensku končí. Toto bude jeho náhrada
- Slováci zbytočne platia. Obľúbenú streamovaciu službu môžeš mať zadarmo, tu je návod
- Tvorcovia slovenského GTA pre FonTech: Cenu sme neprehnali, naša hra je svetový unikát
- Už žiadny Iron Man, Thor či Hulk. Prichádza zvrátená náhrada Avengerov
- Vedci šokujú svet: Teória o koronavíruse, ktorej sme sa všetci smiali, je pravdepodobne pravdivá
-
- Veľký elektropredajca na Slovensku končí. Toto bude jeho náhrada
- Slováci zbytočne platia. Obľúbenú streamovaciu službu môžeš mať zadarmo, tu je návod
- Naplnili sa najhoršie obavy. Slávny výrobca elektromobilov sa rúti do ďalšieho bankrotu
- Tisíce počítačov môžeme hodiť do koša. Windows chystá zmenu, po ktorej budú nepoužiteľné
- Apple to dokázal. Na iPhone príde zmena, po ktorej už žiadny Android nebude dávať zmysel
-
- Veľký elektropredajca na Slovensku končí. Toto bude jeho náhrada
- Vedcom padla sánka. V slnečnej sústave našli tajomný objekt
- Slováci zbytočne platia. Obľúbenú streamovaciu službu môžeš mať zadarmo, tu je návod
- Telekom predstavil novinku, aká tu ešte nebola. Náramne poteší jednu skupinu Slovákov
- Okamžite si skontroluj účet. Známa aplikácia Slovákom strháva desiatky eur
Záujem domácností o fotovoltiku v prvom štvrťroku mierne klesol
Väčšina Rakúšanov považuje vlastníctvo automobilu za dôležité
Poľský jadrový program napreduje smerom k fáze výstavby elektrární
Elon Musk rozbieha novú firmu. Vyzbieral na ňu milliardy, takto chce zmeniť svet
Macron chce otvoriť diskusiu o európskej obrane vrátane jadrových zbraní
Copyright© 2024 by Startitup, s. r. o. Všetky práva vyhradené