Zou Black Phosphorous de toekomst van microchips kunnen zijn?

Grafeen wordt al lang gezien als de toekomst van computerprocessors en elektronica. In de afgelopen paar jaar zijn echter opmerkelijke tweedimensionale kristalmaterialen ontstaan. Een nieuwe uitdager is zwarte fosfor. Deze week heeft een Koreaans onderzoeksteam ontdekt hoe een afstembare bandopening in het materiaal kan worden gecreëerd, waardoor het kan worden gebruikt als een halfgeleider en (mogelijk) een superieure vervanging voor silicium.

Wat betekent dit voor halfgeleiders, en de toekomst van grafeen De nieuwste computertechnologie die u moet aanschouwen om de nieuwste computertechnologie te zijn die u moet leren geloven Bekijk enkele van de nieuwste computertechnologieën die zijn ingesteld om de wereld van elektronica en Pc's in de komende paar jaar. Lees verder ? Laten wij het uitzoeken!

Black Phosphorus

Net als grafeen kan zwart fosfor worden gescheiden in vellen van één atoom. Deze platen staan ​​bekend als fosforene, maar in tegenstelling tot grafeen fungeren deze lagen als een uitstekende halfgeleider die gemakkelijk kan worden in- en uitgeschakeld, waardoor de energievereisten voor een nieuwe generatie aanzienlijk worden verlaagd 8 Ongelooflijke nieuwe manieren om elektriciteit te genereren 8 Ongelooflijke nieuwe manieren om elektriciteit te genereren Alternatieve energie is er een die stijgt, maar je weet misschien niet van alle opties. Hier zijn enkele van de gekste nieuwe manieren om kracht te genereren. Lees meer over ultrageleidende transistors. Grafeen is extreem geleidend, maar mist een natuurlijke band gap, en dit is waar zwart fosfor in kan stappen.

Productie

Zwart fosfor is een thermodynamisch stabiele allotrope van het element, fosfor. Stabiel bij kamertemperatuur, zwarte fosfor is geen 'natuurlijk voorkomende' stof en wordt alleen verkregen door witte fosfor onder extreem hoge druk, ongeveer 12.000 atmosfeer, te verhitten. De resulterende zwarte fosforkristallen hebben gerimpelde honingraatlagen, met een tussenlaagafstand van 0,5 nanometer. Je zult het niet geloven: DARPA Toekomstig onderzoek naar geavanceerde computers Je gelooft het niet: DARPA Toekomstig onderzoek naar geavanceerde computers DARPA is een van de meest fascinerende en geheimzinnige delen van de Amerikaanse regering. De volgende zijn enkele van de meest geavanceerde projecten van DARPA die beloven de technologische wereld te transformeren. Read More, een andere soortgelijke functie voor grafeen.

Eenmaal gemaakt, is zwarte fosfor moeilijk in grote hoeveelheden te produceren met de opgegeven breedte. De traditionele methode, ook toegepast op andere tweedimensionale materialen, is die van mechanische exfoliatie. In dit moeizaam langzame proces verpletteren onderzoekers een hoeveelheid zwarte fosfor in een gecomprimeerd poeder en gebruiken vervolgens plakband om lagen langzaam terug te trekken tot ze een film maken die slechts enkele lagen dik is. Het is beperkt en beperkt tot zowel productie als onderzoek.

Zich realiserend hoe beperkend deze methode is, ontwikkelde Mark C. Hersam, een chemicus aan de Northwestern University, een nieuwe techniek met behulp van oplossingschemie om de productie te versnellen. Ze plaatsen een kristal van zwarte fosfor en een oplosmiddel in de bodem van een ultrasone buis, die een sneltrillende metalen punt gebruikt om de vloeistof te schudden.

De resulterende sonische actie, gecombineerd met het oplosmiddel scheidt de zwarte fosfor in de vereiste nanometer dikke vellen, gesuspendeerd in de vloeistof. Onderzoekers kunnen deze 'inkt' vervolgens spinnencoaten op oppervlakken, waardoor een willekeurige verdeling van dunne zwarte fosforvlokken ontstaat.

Terwijl de techniek met ultrasone trillingen een iets grotere opbrengst produceert en een sneller proces is, is de willekeurige verdeling enigszins problematisch. Om echt efficiënte transistors te maken met behulp van zwarte fosfor moeten onderzoekers en ingenieurs in staat zijn om de oppervlakken met een veel grotere precisie te spinnen. Dit is het volgende doel voor onderzoekers.

Band kloof

Een groot voordeel van de aantrekkingskracht van zwart fosfor is de natuurlijke bandafstand. De band gap of energy gap is wat geleidende materialen scheidt van halfgeleiders. Het werkt als volgt:

• Grafeen is een uitstekende geleider, wat het aantrekkelijk maakt voor computerprocessors. Weinig weerstand betekent weinig warmte. Helaas weten we nog niet hoe we het in een niet-geleidende toestand moeten veranderen. Graphene transistors kunnen niet uitschakelen. Hoewel er misschien manieren zijn om dit probleem op te lossen, heeft niemand ze nog gekraakt.
• Zwart fosfor is ook een uitstekende geleider, maar het heeft ook een energiekloof, wat betekent dat de hoeveelheid energie die door het materiaal passeert, kan worden geschakeld tussen geleidend en isolerend. Door zwarte fosfor te doteren, kunt u eenvoudig traditionele transistors maken. Je kunt het ook afstemmen om echt specifiek gedrag te produceren, waardoor exotische elektronische circuits mogelijk worden.

Het is deze brede band gap die materiaalwetenschappers vult. Hoe mensen in 3D-printing mogelijk ooit kunnen zijn. Op welke dag hoe 3D-printen mogelijk is op een bepaalde dag Hoe werkt bioprinting? Wat kan worden afgedrukt? En zal ooit een volledig mens kunnen drukken? Lees meer met spanning. Dit, in combinatie met de hoge lichtgevoeligheid van de zwarte fosfor, kon de halfgeleider zien die in alles wordt gebruikt, van chemische detectie tot optische circuits.

Optische schakelingen

Zwarte fosfor wordt ook a “directe band” halfgeleider. Dit is een zeldzame eigenschap, wat betekent dat het materiaal effectief en efficiënt elektrische signalen terug naar licht kan omzetten, waardoor het een uitstekende kandidaat voor on-chip optische communicatie is. University of Minnesota Afdeling Electrical and Computer Engineering afgestudeerde student Nathan Youngblood, wiens paper over zwarte fosfor te zien was in Natuur Fotonica gelooft:

“Het is echt spannend om te denken aan een enkel materiaal dat kan worden gebruikt om gegevens optisch te verzenden en ontvangen en is niet beperkt tot een specifiek substraat of specifieke golflengte. Dit kan een enorm potentieel hebben voor hogesnelheidscommunicatie tussen CPU-kernen, wat momenteel een bottleneck is in de computerindustrie.”

Een siliciumvervanging?

Hoewel Silicon Valley moet worden hernoemd, kan zwart fosfor het materiaal zijn om processorontwerp naar nieuwe hoogten te brengen. In het ideale geval verlaagt Black Phosphorus de bedrijfsspanning van transistors die zijn gecoat met de bovengenoemde 'inkt'. Dit verlaagt de warmte die wordt geproduceerd tijdens gebruik, waardoor processors sneller kunnen worden geklokt zonder oververhitting, een proces dat grotendeels is vastgelopen ten gunste van het toevoegen van meer kernen. Dit zou de efficiëntie van de chip verhogen, en - het belangrijkste - de totale verwerkingskracht.

De wet van Moore gaat misschien wel door 7nm IBM Chip dubbelfunctie, bewijst de wet van Moore tot 2018 7nm IBM Chip dubbelfunctie, bewijst de wet van Moore tot 2018 Een aantal fundamentele fysieke limieten convergeren om de voortgang van traditionele siliciumcomputerchips te stoppen. Een radicale nieuwe doorbraak zou kunnen helpen om de grenzen wat meer op te strekken. Lees meer zoals gepland!

Het zijn niet alleen transistors die kunnen profiteren van Black Phosphorus. Andere toepassingen binnen de elektronica zijn: zonnepanelen, zonnecellen Efficiënt. Goedkoop. Geweldig. Hier is waarom nieuwe spray-on zonnecellen van belang zijn. Goedkoop. Geweldig. Hier is waarom nieuwe spray-on zonnecellen belangrijk zijn De kosten van zonne-energie zullen naar verwachting snel dalen nadat een team van wetenschappers van de University of Sheffield in het Verenigd Koninkrijk de ontwikkeling van zonnecellen met behulp van een spray-on-proces heeft aangekondigd. Meer lezen, batterijen Batterijtechnologieën die de wereld gaan veranderen Batterijtechnologieën die de wereld gaan veranderen Batterijtechnologie groeit langzamer dan andere technologieën en is nu de lange tentstok in een verbluffend aantal industrieën. Wat zal de toekomst van batterijtechnologie zijn? Meer lezen, schakelaars, sensoren en meer. Maar zoals met de meeste wondermaterialen, het werken met, het onderzoeken en het uitvoeren van materialen op atomair niveau. Quantum Computers: The End of Cryptography? Quantum Computers: het einde van cryptografie? Quantum computing als idee bestaat al een tijdje - de theoretische mogelijkheid werd oorspronkelijk geïntroduceerd in 1982. In de afgelopen paar jaar is het veld dichter bij de uitvoerbaarheid gekomen. Meer lezen kost tijd, dus verwacht geen opto-elektronische computer. Hoe werken optische en kwantumcomputers? Hoe werken optische en kwantumcomputers? Het Exascale-tijdperk komt eraan. Weet jij hoe optische en kwantumcomputers werken en zullen deze nieuwe technologieën onze toekomst worden? Lees Meer playing Minecraft De (Latecomer) Beginnersgids voor Minecraft De (Latecomer) beginnershandleiding voor Minecraft Als je te laat bent, maak je geen zorgen - deze uitgebreide beginnersgids laat je zien. Meer informatie binnenkort.

Moeten we enthousiast zijn?

Ja natuurlijk. We praten letterlijk over de potentiële toekomst van zowel computergebruik als optische communicatie. We moeten ons echter niet verheugen en springen aan boord van een Black Phosphorus hype-trein, omdat het een lange oude reis zal zijn zonder een definitief einde in zicht. Verbazingwekkende materialen zoals Black Phosphorus, zoals Graphene, zoals Molybdeendisulfide zijn allemaal klaar om de toekomst te veranderen. Alleen niet zo snel als we zouden willen.

Ben je enthousiast over futuristische materialen? Of is het allemaal maar een hype? Laat ons weten wat je denkt!

Beeldpunten: zwart poeder van Fablok via Shutterstock, Phosphorus Allotropen, Black Phosphorus Ampoule, Phosphorus Structure, DWave Chip allemaal via Wikimedia Commons, Microchip via Flickr

Ontdek meer over: Computerprocessor, Geeky Science.