Könnte schwarzer Phosphor die Zukunft von Mikrochips sein?

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Graphen gilt seit langem als die Zukunft von Computerprozessoren und Elektronik. In den letzten Jahren sind jedoch einige bemerkenswerte zweidimensionale Kristallmaterialien entstanden. Ein neuer Herausforderer ist schwarzer Phosphor. Diese Woche hat ein koreanisches Forschungsteam herausgefunden, wie es geht Erstellen Sie eine einstellbare Bandlücke in dem Material, so dass es als Halbleiter und (möglicherweise) als überlegener Ersatz für Silizium verwendet werden kann.

Was bedeutet das für Halbleiter und die Zukunft von Graphen Die neueste Computertechnologie, die Sie sehen müssen, um zu glaubenSchauen Sie sich einige der neuesten Computertechnologien an, die die Welt der Elektronik und PCs in den nächsten Jahren verändern werden. Weiterlesen ? Lass es uns herausfinden!

Schwarzer Phosphor

Schwarzer Phosphor kann wie Graphen in ein Atom dicke Schichten getrennt werden. Diese Schichten sind als Phosphoren bekannt, aber im Gegensatz zu Graphen wirken diese Schichten als ein ausgezeichneter Halbleiter

das kann leicht ein- und ausgeschaltet werden, was hoffentlich das erheblich senkt Strombedarf für eine neue Generation 8 Unglaubliche neue Wege zur StromerzeugungAlternative Energie ist einer der Aufstieg, aber Sie kennen möglicherweise nicht alle Optionen. Hier sind einige der verrücktesten neuen Möglichkeiten zur Stromerzeugung. Weiterlesen von ultraleitenden Transistoren. Graphen ist extrem leitfähig, es fehlt jedoch eine natürliche Bandlücke, und hier könnte schwarzer Phosphor eintreten.

Produktion

Schwarzer Phosphor ist ein thermodynamisch stabiles Allotrop des Elements Phosphor. Schwarzer Phosphor ist bei Raumtemperatur stabil und keine „natürlich vorkommende“ Substanz. Er wird nur durch Erhitzen von weißem Phosphor unter extrem hohem Druck von etwa 12.000 Atmosphären erhalten. Die resultierenden schwarzen Phosphorkristalle weisen gekräuselte Wabenschichten mit auf Zwischenschichtabstand von 0,5 Nanometern Sie werden es nicht glauben: DARPA Future Research in Advanced ComputersDARPA ist einer der faszinierendsten und geheimsten Teile der US-Regierung. Im Folgenden sind einige der fortschrittlichsten Projekte von DARPA aufgeführt, die versprechen, die Welt der Technologie zu verändern. Weiterlesen , ein weiteres ähnliches Merkmal wie Graphen.

Einmal hergestellt, ist es schwierig, schwarzen Phosphor in großen Mengen bei der angegebenen Breite herzustellen. Die traditionelle Methode, die auch auf andere zweidimensionale Materialien angewendet wird, ist das mechanische Peeling. In diesem akribisch langsamen Prozess zerkleinern Forscher eine Menge schwarzen Phosphors zu einem komprimierten Pulver, dann mit Klebeband langsam Schichten zurückziehen, bis sie einen Film nur wenige Schichten bilden dick. Es ist begrenzt und beschränkt sich sowohl auf die Herstellung als auch auf die Forschung.

Mark C. erkannte, wie restriktiv diese Methode ist. Hersam, Chemiker an der Northwestern University, entwickelte eine neue Technik mit Lösungschemie um die Produktion zu beschleunigen. Sie platzieren einen Kristall aus schwarzem Phosphor und ein Lösungsmittel im Boden eines Ultraschallrohrs, das eine schnell vibrierende Metallspitze verwendet, um die Flüssigkeit zu bewegen.

Die resultierende Schallwirkung, kombiniert mit dem Lösungsmittel, trennt den schwarzen Phosphor in die erforderlichen nanometerdicken Schichten, die in der Flüssigkeit suspendiert sind. Die Forscher können diese „Tinte“ dann auf Oberflächen schleudern, wodurch eine zufällige Verteilung dünner schwarzer Phosphorflocken entsteht.

Während die Ultraschalltechnik eine etwas größere Ausbeute erzeugt und ein schnellerer Prozess ist, ist die zufällige Verteilung etwas problematisch. Um wirklich effiziente Transistoren mit schwarzem Phosphor herzustellen, müssen Forscher und Ingenieure in der Lage sein, die Oberflächen mit viel größerer Präzision zu schleudern. Dies ist das nächste Ziel für Forscher.

Bandlücke

Ein Hauptvorteil der Attraktivität von schwarzem Phosphor ist die natürliche Bandlücke. Die Bandlücke oder Energielücke trennt leitende Materialien von Halbleitern. Es funktioniert so:

• Graphen ist ein ausgezeichneter Leiter, was es für Computerprozessoren attraktiv macht. Wenig Widerstand bedeutet wenig Wärme. Leider wissen wir noch nicht, wie wir es in einen nicht leitenden Zustand versetzen sollen. Graphen-Transistoren können nicht ausgeschaltet werden. Es gibt zwar Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, aber noch hat niemand sie geknackt.
• Schwarzer Phosphor ist ebenfalls ein ausgezeichneter Leiter, weist jedoch auch eine Energielücke auf, was bedeutet, dass die durch das Material fließende Energiemenge zwischen leitend und isolierend umgeschaltet werden kann. Durch Dotieren von schwarzem Phosphor können Sie problemlos herkömmliche Transistoren erzeugen. Sie können es auch so einstellen, dass es wirklich spezifische Verhaltensweisen erzeugt, die exotische elektronische Schaltkreise ermöglichen.

Es ist diese weitreichende Bandlücke, die sich füllt Materialwissenschaftler Wie 3D-Druck Menschen eines Tages möglich sein könntenWie funktioniert Bioprinting? Was kann gedruckt werden? Und wird es jemals möglich sein, einen vollen Menschen zu drucken? Weiterlesen mit Aufregung. In Kombination mit der hohen Lichtempfindlichkeit von schwarzem Phosphor könnte der Halbleiter von der chemischen Detektion bis zur optischen Schaltung eingesetzt werden.

Optische Schaltung

Schwarzer Phosphor wird auch als "Direktband" -Halbleiter bezeichnet. Dies ist eine seltene Eigenschaft, was bedeutet, dass das Material elektrische Signale effektiv und effizient wieder in Licht umwandeln kann, was es zu einem Hauptkandidaten für die optische Kommunikation auf dem Chip macht. Nathan Youngblood, Doktorand am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität von Minnesota, dessen Artikel über schwarzen Phosphor abgebildet sein in; charakterisiert in Naturphotonik glaubt:

„Es ist wirklich aufregend, an ein einziges Material zu denken, mit dem Daten optisch gesendet und empfangen werden können und das nicht auf ein bestimmtes Substrat oder eine bestimmte Wellenlänge beschränkt ist. Dies könnte ein großes Potenzial für die Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen CPU-Kernen haben, was derzeit ein Engpass in der Computerbranche ist. “

Ein Siliziumersatz?

Während Silicon Valley umbenannt werden müsste, könnte schwarzer Phosphor das Material sein, um das Prozessordesign auf ein neues Niveau zu heben. Im Idealfall senkt schwarzer Phosphor die Betriebsspannung von Transistoren, die mit der oben genannten „Tinte“ beschichtet sind. Dadurch wird die Wärme gesenkt Wird während des Gebrauchs erzeugt, sodass Prozessoren schneller ohne Überhitzung getaktet werden können. Dieser Prozess ist weitgehend ins Stocken geraten, um mehr hinzuzufügen Kerne. Dies würde die Chip-Effizienz und vor allem die Gesamtverarbeitungsleistung steigern.

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Nicht nur Transistoren könnten von schwarzem Phosphor profitieren. Andere Anwendungen in der Elektronik umfassen: Sonnenkollektoren, Solarzellen Effizient. Billig. Genial. Hier ist, warum neue aufgesprühte Solarzellen wichtig sindDie Kosten für Solarenergie werden nach einem Team von Wissenschaftlern, die am Die Universität von Sheffield in Großbritannien kündigte die Entwicklung von Solarzellen mit einem Spray-on an Prozess. Weiterlesen , Batterien Batterietechnologien, die die Welt verändern werdenDie Batterietechnologie ist langsamer gewachsen als andere Technologien und ist heute die lange Zeltstange in einer erstaunlichen Anzahl von Branchen. Wie sieht die Zukunft der Batterietechnologie aus? Weiterlesen , Schalter, Sensoren und mehr. Aber wie bei den meisten Wundermaterialien, Arbeiten mit, Erforschen und Implementierung von Materialien auf atomarer Ebene Quantencomputer: Das Ende der Kryptographie?Quantencomputer als Idee gibt es schon seit einiger Zeit - die theoretische Möglichkeit wurde ursprünglich 1982 eingeführt. In den letzten Jahren hat sich das Gebiet der Praktikabilität angenähert. Weiterlesen wird einige Zeit dauern, also erwarte es nicht ein optoelektronischer Computer Wie funktionieren optische und Quantencomputer?Das Exascale-Zeitalter kommt. Wissen Sie, wie optische Computer und Quantencomputer funktionieren, und werden diese neuen Technologien unsere Zukunft sein? Weiterlesen Minecraft spielen Der (Latecomer) Anfängerleitfaden für MinecraftWenn Sie jedoch zu spät zur Party kommen, machen Sie sich keine Sorgen - dieser ausführliche Anfängerleitfaden bietet Ihnen Informationen. Weiterlesen irgendwann bald.

Sollten wir aufgeregt sein?

Ja natürlich. Wir sprechen buchstäblich über die potenzielle Zukunft von Computer und optischer Kommunikation. Wir sollten uns jedoch nicht freuen und in einen Black Phosphorus-Hype-Zug einsteigen, denn es wird eine lange alte Reise sein, deren endgültiges Ende nicht abzusehen ist. Erstaunliche Materialien wie schwarzer Phosphor, wie Graphen, wie Molybdändisulfid werden die Zukunft verändern. Nur nicht so schnell wie wir möchten.

Bist du begeistert von futuristischen Materialien? Oder ist das alles nur ein Haufen Hype? Lassen Sie uns wissen, was Sie denken!

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