Kutatók egy csoportja összefogott egy grafén alapú tranzisztor kifejlesztésén, amely drasztikusan felülmúlta a legtöbb számítógépben használt szilíciumot.

Kisebb, de erősebb.

Graphene At It Again

Felfedezése grafén 2004-ben számos tanulmány indult más kétdimenziós anyagok elkülönítésére. A grafénről kiderült, hogy egy csodaanyag, amely egyedülálló és figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkezik. Ezek egyike az, hogy tízszer jobban vezeti a hőt, mint a réz, az elektronikában leggyakrabban használt vezető. Szobahőmérsékleten a grafén 250-szer jobban képes vezetni az elektromosságot, mint a szilícium, ami gyorsabb, mint bármely más ismert anyag.

Ezek a tulajdonságok késztették a Northwestern Egyetem, a Dallasi Texasi Egyetem (UT Dallas), az Illinoisi Egyetem (Urbana-Champaign) és a Közép-Floridai Egyetem (UCF) kutatócsoportja egy grafén alapú tranzisztor kifejlesztésére. A folyóiratban megjelent tanulmányban Nature Communications, a csapat megállapította, hogy egy grafén alapú tranzisztor valóban jobban működhet, mint a mai számítógépekben használt szilícium tranzisztorok.

Először egy gyors magyarázat: A tranzisztorok kulcsfontosságúak a mai számítógépes áramkörökben, mivel be- és kikapcsolóként működnek, amelyek lehetővé teszik az elektronikus jelek és az elektromos áram átjutását. Összeállítva a tranzisztorok logikai kapukat alkotnak – a mikroprocesszorok magját, amelyek be- és kimenetként szolgálnak, és 0-ként vagy 1-ként (úgynevezett bináris bitekként) működnek. Ezek teszik lehetővé a mikroprocesszorok számára a logikai és számítási problémák megoldását.

„Ha továbbra is előre akarjuk vinni a technológiát, gyorsabb számítógépekre van szükségünk, hogy nagyobb és jobb szimulációkat tudjunk futtatni a klímatudomány, az űrkutatás és a Wall Street számára” – mondta Ryan Gelfand társszerző, az UCF adjunktusa. egy sajtóközleményben. „A cél eléréséhez már nem támaszkodhatunk szilícium tranzisztorokra.”

Jobb logikai kapuk

A szilícium tranzisztorokkal épített mikroprocesszorok 3 óta többnyire a 4-2005 gigahertzes feldolgozási sebességnél ragadtak. A tranzisztorok jelátviteli sebességének és teljesítményének van határa, nagyrészt az anyag ellenállása miatt. A kutatócsoport azonban megtalálta a módját, hogy átlépje ezt a korlátozást a szilícium helyett grafén használatával.

A kutatók először egy szén nanocső (egy vékony hajtogatott grafénlap) kicipzározásával építettek grafénszalagot. Ezután mágneses teret alkalmaztak a grafénszalagon, ami ráébredt, hogy szabályozni tudják a szalagon átfolyó áram ellenállását. Ha szomszédos nanocsöveket használnak az áram növelésére vagy csökkentésére, a mágneses mező szabályozhatja az áram áramlását.

A csapat graféntranzisztor alapú logikai áramkörei ezerszeresére javították a mikroprocesszorok órajelét, és a szilícium alapú számítógépek teljesítményének századrészét igényelnék. Ráadásul ezek az áramkörök kisebbek is voltak, mint a szilícium tranzisztorokat használó logikai áramkörök. Ez lehetővé teheti a kisebb elektronikus eszközöket, amelyek több funkcionalitást igényelnek, magyarázta Gelfand. Egy hasonló tanulmány a grafént is feltárta, mint potenciális kondenzátor kvantumszámítógépekhez.

Egy szén-dioxid-alapú számítástechnikai rendszer még mindig csak a rajztáblán létezik, mondja a társszerző Joseph S. Friedman, UT Dallas, de Friedman és munkatársai a NanoSpinCompute kutatólaboratóriumban jelenleg egy prototípuson dolgoznak.

"A szénanyagok kivételes anyagtulajdonságai lehetővé teszik a terahertzes működést és két nagyságrenddel kisebb teljesítmény-késleltetést a legmodernebb mikroprocesszorokhoz képest." írták a kutatók. "Reméljük, hogy ösztönözni tudjuk ezeknek a lépcsőzetes logikai áramköröknek a gyártását, hogy ösztönözzük az energiahatékony számítástechnika átalakító generációját."

 

Forrás: A grafén számítógépek 1000-szer gyorsabban működnek, sokkal kevesebb energiát használnak

Fordít "