Primul semiconductor cu grafen din lume ar putea alimenta viitoarele computere cuantice

Oamenii de știință au creat primul semiconductor funcțional din lume pe bază de grafen, care ar putea deschide calea pentru cipuri care să alimenteze PC-uri mult mai rapide și computere cuantice în viitor.

Noul material semiconductor, realizat din grafen epitaxial (o structură cristalină particulară de carbon legat chimic de carbură de siliciu), permite o mobilitate mai mare decât cea a siliciului, ceea ce înseamnă că electronii se deplasează cu mai puțină rezistență. Tranzistoarele realizate în acest mod pot funcționa la frecvențe de terahertzi – de 10 ori mai rapide decât tranzistorii pe bază de siliciu folosiți în cipurile utilizate în prezent – au scris cercetătorii într-un studiu publicat în revista Nature.

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

Semiconductorii au proprietăți atât de conductori, cât și de izolatori. În intervalul de temperatură potrivit, electronii se deplasează prin materialul semiconductor – dar numai dacă se aplică o anumită cantitate de energie.

Aproape fiecare cip folosește un semiconductor fabricat din siliciu, dar acest material își atinge limitele, a declarat cercetătorul principal Walt de Heer, profesor la Georgia Institute of Technology, pentru Live Science.

Cipuri care să alimenteze PC-uri mai rapide și calculatoare cuantice în viitor

Aceste limite includ viteza maximă cu care tranzistorii pot „comuta” între pozițiile pornit-oprit, căldura pe care o generează prin rezistență și cea mai mică dimensiune cu care oamenii le pot fabrica.

Acest lucru înseamnă că progresele rapide pe care le-am văzut de-a lungul istoriei calculatoarelor încep să încetinească.

Între timp, grafenul este realizat dintr-un singur strat de atomi de carbon strâns legați într-o rețea hexagonală și este un conductor mai bun decât siliciul, ceea ce înseamnă că electronii se deplasează cu mai puțină rezistență prin acest material.

În ciuda proprietăților sale favorabile, grafenul nu a fost niciodată exploatat în electronică din cauza lipsei unui „spațiu de bandă” – o cantitate minimă de energie necesară pentru a muta electronii atunci când i se aplică un câmp electric. Spațiile de bandă sunt cele care permit tranzistoarelor să pornească și să se oprească.

Pentru a funcționa ca un tranzistor funcțional, grafenul trebuie să fie tratat într-un anumit fel, dar în trecut, acest lucru i-a afectat proprietățile, a declarat de Heer.

Primul semiconductor pe bază de grafen care funcționează

Dar cercetătorii au reușit să ocolească această provocare prin fuziunea grafenului pe carbură de siliciu, folosind cuptoare speciale și un proces special de încălzire și răcire. Introducând atomi în grafen care „donează” electroni sistemului, ceea ce este cunoscut sub numele de „dopaj”, au creat un semiconductor funcțional din grafen cu o bandă interzisă.

Nu numai că acesta este primul semiconductor pe bază de grafen care funcționează, dar poate fi integrat în procesele de fabricație existente. Tranziția de la fabricarea plachetelor de siliciu la plachetele de carbură de siliciu utilizate în grafenul epitaxial este ,,destul de fezabilă”, a declarat de Heer.

Semiconductorii pe bază de grafen au, de asemenea, o potențială utilizare viitoare în calculul cuantic, au scris cercetătorii în studiu.

„La fel ca lumina, electronii din grafen au proprietăți mecanice cuantice asemănătoare undelor care pot fi accesate în dispozitive, în special la temperaturi foarte scăzute”, a spus de Heer.

Vă recomandăm să mai citiți și:

China anunță că a atins supremația cuantică

Particula care își amintește trecutul, descoperită cu un computer cuantic

Cel mai mare computer cuantic din lume, dezvăluit de IBM. Cât de aproape suntem de supremația cuantică?

Un ”demon” ar putea fi cel ce va ajuta la crearea unui computer cuantic