Θα μπορούσε ο μαύρος φωσφόρος να είναι το μέλλον των μικροτσίπ;

Διαφήμιση

Το Graphene θεωρείται από καιρό ως το μέλλον των επεξεργαστών υπολογιστών και των ηλεκτρονικών. Ωστόσο, τα τελευταία δύο χρόνια, εμφανίστηκαν μερικά αξιόλογα δισδιάστατα κρυσταλλικά υλικά. Ένας νέος αμφισβητίας είναι ο μαύρος φώσφορος. Αυτή την εβδομάδα, μια κορεατική ερευνητική ομάδα έχει καταλάβει πώς να δημιουργήστε ένα συντονισμένο κενό ζώνης στο υλικό, επιτρέποντάς του να χρησιμοποιηθεί ως ημιαγωγός και (ενδεχομένως) ανώτερη αντικατάσταση του πυριτίου.

Τι σημαίνει αυτό για τους ημιαγωγούς, και το μέλλον του γραφένιου Η Τελευταία Τεχνολογία Υπολογιστών που πρέπει να δείτε για να πιστέψετεΕλέγξτε μερικές από τις τελευταίες τεχνολογίες υπολογιστών που έχουν ρυθμιστεί να μετασχηματίζουν τον κόσμο των ηλεκτρονικών και των υπολογιστών τα επόμενα χρόνια. Διαβάστε περισσότερα ? Ας ανακαλύψουμε!

Μαύρος Φώσφορος

Όπως και το graphene, ο μαύρος φώσφορος μπορεί να χωριστεί σε φύλλα πάχους ενός ατόμου. Αυτά τα φύλλα είναι γνωστά ως φωσφορένιο, αλλά σε αντίθεση με το graphene αυτά τα στρώματα δρουν ως

ένα εξαιρετικό ημιαγωγό που μπορούν εύκολα να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν, ελπίζουμε ότι θα μειωθεί σημαντικά το απαιτήσεις ισχύος για μια νέα γενιά 8 Απίστευτοι νέοι τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειαςΕναλλακτική ενέργεια είναι η αύξηση, αλλά μπορεί να μην ξέρετε για όλες τις επιλογές. Εδώ είναι μερικοί από τους πιο τρελούς νέους τρόπους παραγωγής ενέργειας. Διαβάστε περισσότερα των υπεραγώγιμων τρανζίστορ. Το Graphene είναι εξαιρετικά αγώγιμο, αλλά δεν διαθέτει φυσικό χάσμα ζώνης, και εδώ μπορεί να εισέλθει ο μαύρος φώσφορος.

Παραγωγή

Ο μαύρος φώσφορος είναι ένα θερμοδυναμικά σταθερό αλλοτρόπιο του στοιχείου, ο φωσφόρος. Σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου, ο μαύρος φωσφόρος δεν είναι μια «φυσικά απαντώμενη» ουσία και παράγεται μόνο με θέρμανση του λευκού φωσφόρου υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση, περίπου 12.000 ατμόσφαιρες. Οι προκύπτοντες μαύροι κρύσταλλοι φωσφόρου παρουσιάζουν στρώματα κυψελοειδούς μορφής, με απόσταση μεταξύ των στρώσεων 0,5 νανόμετρα Δεν θα το πιστέψετε: Η μελλοντική έρευνα DARPA σε προηγμένους υπολογιστέςΤο DARPA είναι ένα από τα πιο συναρπαστικά και μυστικά τμήματα της αμερικανικής κυβέρνησης. Τα παρακάτω είναι μερικά από τα πιο προηγμένα έργα της DARPA που υπόσχονται να μεταμορφώσουν τον κόσμο της τεχνολογίας. Διαβάστε περισσότερα , ένα άλλο παρόμοιο χαρακτηριστικό στο γραφένιο.

Μόλις δημιουργηθεί, είναι δύσκολο να παρασκευαστεί μαύρος φώσφορος σε μεγάλες ποσότητες στο καθορισμένο πλάτος. Η παραδοσιακή μέθοδος, που εφαρμόζεται και σε άλλα δισδιάστατα υλικά, είναι αυτή της μηχανικής απολέπισης. Σε αυτή την επιμελώς αργή διαδικασία οι ερευνητές συνθλίβουν μια ποσότητα μαύρου φωσφόρου σε ένα συμπιεσμένο σκόνη, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε την αυτοκόλλητη ταινία για να ξεκολλήσετε αργά τα στρώματα πίσω μέχρι να δημιουργήσουν μια μεμβράνη μόλις μερικά στρώματα πυκνός. Είναι περιορισμένη και περιορίζεται τόσο στην κατασκευή όσο και στην έρευνα.

Συνειδητοποιώντας πόσο περιοριστική είναι αυτή η μέθοδος, ο Mark C. Ο Χερσάμ, ένας χημικός στο Northwestern University, ανέπτυξε ένα νέα τεχνική που χρησιμοποιεί χημεία διαλύματος για την ταχύτητα της παραγωγής. Τοποθετούν έναν κρύσταλλο μαύρου φωσφόρου και έναν διαλύτη στον πυθμένα ενός υπερηχητικού σωλήνα, ο οποίος χρησιμοποιεί μια ταχέως δονητική μεταλλική μύτη για την ανάδευση του υγρού.

Η προκύπτουσα ηχητική δράση, σε συνδυασμό με τον διαλύτη, διαχωρίζει τον μαύρο φώσφορο στα απαιτούμενα σε σκόνη νανομετρικά φύλλα, αιωρούμενα εντός του υγρού. Οι ερευνητές μπορούν στη συνέχεια να περιτυλίξουν αυτό το «μελάνι» επάνω στις επιφάνειες, δημιουργώντας μια τυχαία κατανομή των λεπτών μαύρων φωσφορούχων νιφάδων.

Ενώ η τεχνική υπερήχων παράγει μια ελαφρώς μεγαλύτερη απόδοση και είναι μια ταχύτερη διαδικασία, η τυχαία κατανομή είναι κάπως προβληματική. Για να δημιουργηθούν πραγματικά αποτελεσματικά τρανζίστορ με χρήση μαύρου φωσφόρου, οι ερευνητές και οι μηχανικοί πρέπει να είναι σε θέση να περιστρέφουν τις επιφάνειες με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. Αυτός είναι ο επόμενος στόχος για τους ερευνητές.

Band Gap

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της προσφυγής σε μαύρο φώσφορο είναι το φυσικό χάσμα ζώνης. Το διάκενο ζώνης ή το κενό ενέργειας είναι αυτό που χωρίζει τα αγώγιμα υλικά από τους ημιαγωγούς. Δουλεύει κάπως έτσι:

• Το Graphene είναι ένας άριστος αγωγός, γεγονός που το καθιστά ελκυστικό για τους επεξεργαστές υπολογιστών. Η μικρή αντίσταση σημαίνει μικρή θερμότητα. Δυστυχώς, δεν γνωρίζουμε ακόμη πώς να το μετατρέψουμε σε μη αγώγιμο κράτος. Τα τρανζίστορ Graphene δεν μπορούν να απενεργοποιηθούν. Παρόλο που μπορεί να υπάρχουν τρόποι επίλυσης αυτού του προβλήματος, κανείς δεν τους έχει σπάσει ακόμα.
• Ο μαύρος φώσφορος είναι επίσης ένας εξαιρετικός αγωγός, αλλά έχει επίσης ένα ενεργειακό χάσμα, που σημαίνει ότι η ποσότητα ενέργειας που διέρχεται από το υλικό μπορεί να αλλάξει μεταξύ αγωγιμότητας και μόνωσης. Με το ντόπινγκ μαύρο φωσφόρο, μπορείτε εύκολα να δημιουργήσετε παραδοσιακά τρανζίστορ. Μπορείτε επίσης να το συντονίσετε για να παράγετε πραγματικά συγκεκριμένες συμπεριφορές, επιτρέποντας εξωτικά ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Αυτό το γεμάτο χάσμα ζώνης γεμίζει επιστήμονες υλικών Πώς μπορεί να είναι δυνατή η εκτύπωση τρισδιάστατων ανθρώπων κάποια μέραΠώς λειτουργεί το βιογραφικό; Τι μπορεί να εκτυπωθεί; Και θα είναι πάντα σε θέση να εκτυπώσετε ένα πλήρες ανθρώπινο ον; Διαβάστε περισσότερα με ενθουσιασμό. Αυτό, σε συνδυασμό με την υψηλή φωτοευαισθησία του μαύρου φωσφόρου, θα μπορούσε να δει τον ημιαγωγό που χρησιμοποιείται σε όλα, από τη χημική ανίχνευση έως τα οπτικά κυκλώματα.

Οπτική κυκλώματα

Ο μαύρος φώσφορος αναφέρεται επίσης ως ημιαγωγός "άμεσης ζώνης". Πρόκειται για μια σπάνια ιδιοκτησία, που σημαίνει ότι το υλικό μπορεί να μετατρέψει αποτελεσματικά και αποτελεσματικά τα ηλεκτρικά σήματα στο φως, καθιστώντας τον πρωταρχικό υποψήφιο για την οπτική επικοινωνία επί τσιπ. Πανεπιστήμιο της Μινεσότα Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών μεταπτυχιακός φοιτητής Nathan Youngblood, του οποίου το χαρτί για τον μαύρο φωσφόρο που εμφανίζονται στο Φύση Φωτονική πιστεύει:

"Είναι πραγματικά συναρπαστικό να σκεφτόμαστε ένα ενιαίο υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποστολή και λήψη δεδομένων οπτικά και δεν περιορίζεται σε ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα ή μήκος κύματος. Αυτό θα μπορούσε να έχει τεράστιο δυναμικό για επικοινωνία υψηλής ταχύτητας μεταξύ των πυρήνων της CPU που είναι σήμερα ένα εμπόδιο στη βιομηχανία υπολογιστών αυτή τη στιγμή. "

Μια αντικατάσταση του πυριτίου;

Ενώ η Silicon Valley θα έπρεπε να μετονομαστεί, ο μαύρος φώσφορος θα μπορούσε να είναι το υλικό για να πάρει το σχεδιασμό του επεξεργαστή σε νέα ύψη. Στην ιδανική περίπτωση, ο μαύρος φωσφόρος θα μειώσει την τάση λειτουργίας των τρανζίστορ που είναι επικαλυμμένα με το προαναφερθέν «μελάνι». Αυτό θα μειώσει τη θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια της χρήσης, επιτρέποντας στους επεξεργαστές να χρονομετρηθούν ταχύτερα χωρίς υπερθέρμανση, μια διαδικασία που έχει σταματήσει σε μεγάλο βαθμό υπέρ της προσθήκης περισσότερων πυρήνες. Αυτό θα ενισχύσει την απόδοση των τσιπ και - το σημαντικότερο - τη συνολική ισχύ επεξεργασίας.

Ο νόμος του Moore μπορεί να συνεχίσει Το 7nm IBM Chip Doubles Performance, αποδεικνύει το νόμο του Moore Μέχρι το 2018Ορισμένα θεμελιώδη φυσικά όρια συγκλίνουν για να σταματήσουν την πρόοδο των παραδοσιακών τσιπ υπολογιστών πυριτίου. Μια ριζοσπαστική νέα εξέλιξη θα μπορούσε να βοηθήσει να τεντώσει τα όρια λίγο περισσότερο. Διαβάστε περισσότερα όπως σχεδιάστηκε!

Δεν είναι μόνο τρανζίστορ που θα μπορούσαν να ωφεληθούν από τον Μαύρο Φώσφορο. Άλλες εφαρμογές στις ηλεκτρονικές συσκευές περιλαμβάνουν: ηλιακά πάνελ, ηλιακά στοιχεία Αποτελεσματικός. Φτηνός. Φοβερός. Εδώ είναι γιατί τα νέα ηλιακά κύτταρα με ψεκασμό έχουν σημασίαΤο κόστος της ηλιακής ενέργειας προβλέπεται να μειωθεί δραματικά μετά από μια ομάδα επιστημόνων που εργάζονται στο Το πανεπιστήμιο του Σέφιλντ στο Ηνωμένο Βασίλειο ανακοίνωσε την ανάπτυξη των ηλιακών κυψελών χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ψεκασμού επεξεργάζομαι, διαδικασία. Διαβάστε περισσότερα , μπαταρίες Τεχνολογίες μπαταριών που πρόκειται να αλλάξουν τον κόσμοΗ τεχνολογία των μπαταριών αυξάνεται με βραδύτερο ρυθμό από άλλες τεχνολογίες και είναι πλέον ο μακρύς στύλος σκηνής σε έναν εκπληκτικό αριθμό βιομηχανιών. Τι θα είναι το μέλλον της τεχνολογίας των μπαταριών; Διαβάστε περισσότερα , διακόπτες, αισθητήρες και πολλά άλλα. Αλλά όπως και με τα περισσότερα υλικά θαύματος, που εργάζονται με, την έρευνα, και υλοποίηση υλικών ατομικής στάθμης Κβαντικοί υπολογιστές: Το τέλος της κρυπτογραφίας;Η κβαντική πληροφορική ως ιδέα υπήρξε για λίγο - η θεωρητική δυνατότητα εισήχθη αρχικά το 1982. Τα τελευταία χρόνια, ο τομέας έχει πλησιάσει την πρακτικότητα. Διαβάστε περισσότερα θα χρειαστεί χρόνος, οπότε μην περιμένετε έναν οπτικοηλεκτρονικό υπολογιστή Πώς λειτουργούν οι Οπτικοί και οι Κβαντικοί Υπολογιστές;Η εποχή της εξάσκησης έρχεται. Ξέρετε πώς λειτουργούν οι οπτικοί και κβαντικοί υπολογιστές και θα γίνουν αυτές οι νέες τεχνολογίες το μέλλον μας; Διαβάστε περισσότερα παίζοντας Minecraft Ο οδηγός (Latecomer) για αρχάριους στην MinecraftΑν όμως αργείς στο πάρτι, μην ανησυχείς - αυτός ο εκτεταμένος οδηγός για αρχάριους έχεις καλύψει. Διαβάστε περισσότερα οποιαδήποτε στιγμή σύντομα.

Πρέπει να είμαστε ενθουσιασμένοι;

Ναι φυσικά. Μιλάμε κυριολεκτικά για το δυνητικό μέλλον τόσο της πληροφορικής όσο και της οπτικής επικοινωνίας. Δεν θα πρέπει, ωστόσο, να χαρούμε και να πηδούμε πάνω σε ένα τρένο της διαφημιστικής εκστρατείας Black Phosphorus, γιατί πρόκειται για ένα μακρύ ταξίδι που δεν έχει οριστικό τέλος. Τα καταπληκτικά υλικά, όπως ο Μαύρος Φώσφορος, όπως το Graphene, όπως το Μολυβδαίνιο δισουλφίδιο, είναι έτοιμα να αλλάξουν το μέλλον. Απλά όχι τόσο γρήγορα όσο θα θέλαμε.

Είστε ενθουσιασμένοι με φουτουριστικά υλικά; Ή μήπως είναι απλώς μια δέσμη διαφημίσεων; Ενημερώστε μας τι σκέφτεστε!

Συντελεστές εικόνας: μαύρη σκόνη από το Fablok μέσω του Shutterstock, Φωσφόρος αλλοτρόπας, Μαύρο αμπούλο φωσφόρου, Δομή φωσφόρου, DWave Chip όλα μέσω του Wikimedia Commons, Microchip μέσω Flickr