Ryhmä tutkijoita teki yhteistyötä kehittääkseen grafeenipohjaisen transistorin, joka ylitti huomattavasti useimmissa tietokoneissa käytetyt piitransistorit.

Se on pienempi mutta tehokkaampi.

Grafeeni At It taas

Löytö grafeeni vuonna 2004 aloitettiin tutkimustulva muiden kaksiulotteisten materiaalien eristämiseksi. Grafeenin havaittiin olevan ihmemateriaali, jolla on joukko ainutlaatuisia ja merkittäviä ominaisuuksia. Yksi niistä on sen kyky johtaa lämpöä kymmenen kertaa paremmin kuin kupari, elektroniikassa yleisimmin käytetty johdin. Huoneenlämmössä grafeeni pystyy myös johtamaan sähköä 250 kertaa paremmin kuin pii, nopeammin kuin mikään muu tunnettu aine.

Nämä ominaisuudet saivat tutkijaryhmän Northwestern Universitystä, Texasin yliopistosta Dallasista (UT Dallas), Illinoisin yliopistosta Urbana-Champaignista ja Keski-Floridan yliopistosta (UCF) harkitsemaan grafeenipohjaisen transistorin kehittämistä. Lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Luonto Viestintä, tiimi havaitsi, että grafeenipohjainen transistori voisi itse asiassa toimia paremmin kuin nykypäivän tietokoneissa käytettävät piitransistorit.

Ensinnäkin nopea selitys: Transistorit ovat avainasemassa nykypäivän tietokonepiireissä, koska ne toimivat päälle- ja poiskytkiminä, jotka mahdollistavat elektronisten signaalien ja sähkövirran. Yhdistettynä transistorit muodostavat logiikkaportteja - mikroprosessorien ytimen, jotka toimivat tulona ja lähtönä ja toimivat joko nollana tai 0:nä (ns. binääribittejä). Niiden avulla mikroprosessorit voivat ratkaista logiikka- ja laskentaongelmia.

"Jos haluat jatkaa teknologian edistämistä, tarvitsemme nopeampia tietokoneita, jotta voimme ajaa suurempia ja parempia simulaatioita ilmastotieteen, avaruustutkimuksen ja Wall Streetin tarpeisiin", toinen kirjoittaja Ryan Gelfand, UCF:n apulaisprofessori, sanoi. lehdistötiedotteessa. "Tänne pääsemiseksi emme voi enää luottaa piitransistoreihin."

Paremmat logiikkaportit

Piitransistoreilla rakennetut mikroprosessorit ovat olleet jumissa prosessointinopeuksilla enimmäkseen 3–4 gigahertsin alueella vuodesta 2005 lähtien. Näiden transistorien signaalien nopeudella ja teholla on rajansa, mikä johtuu suurelta osin materiaalin resistanssista. Tutkijaryhmä kuitenkin löysi tien tämän rajoituksen yli käyttämällä grafeenia piin sijaan.

Tutkijat rakensivat ensin grafeeninauhan avaamalla hiilinanoputken (ohut taitettu grafeenilevy). Sitten he asettivat magneettikentän grafeeninauhaan, mikä sai heidät ymmärtämään, että he pystyivät säätelemään nauhan läpi virtaavan virran vastusta. Käyttämällä vierekkäisiä nanoputkia lisäämään tai vähentämään virtaa, magneettikenttä voisi ohjata virran virtausta.

Ryhmän grafeenitransistoriin perustuvat logiikkapiirit paransivat mikroprosessorien kellotaajuutta tuhatkertaisesti ja vaatisivat sadasosan piipohjaisten tietokoneiden vaatimasta tehosta. Lisäksi nämä piirit olivat myös pienempiä kuin logiikkapiirit, jotka käyttävät piitransistoreita. Tämä voisi mahdollistaa pienempiä elektronisia laitteita, jotka puristavat enemmän toimintoja, Gelfand selitti. Samankaltaisessa tutkimuksessa tutkittiin myös grafeenia kuten potentiaalinen kondensaattori kvanttitietokoneille.

Täyshiilinen laskentajärjestelmä on edelleen olemassa vain piirustuspöydällä, toinen kirjoittaja sanoo Joseph S. Friedman UT Dallasista, mutta Friedman ja hänen yhteistyökumppaninsa NanoSpinCompute-tutkimuslaboratoriossa työskentelevät parhaillaan prototyypin parissa.

"Hiilimateriaalien poikkeukselliset materiaaliominaisuudet mahdollistavat terahertsitoiminnan ja kaksi suuruusluokkaa pienemmän tehonviivetuotteen verrattuna huippuluokan mikroprosessoreihin." tutkijat kirjoittivat. "Toivomme inspiroivamme näiden peräkkäisten logiikkapiirien valmistusta stimuloidaksemme muuntavaa energiatehokkaan tietojenkäsittelyn sukupolvea."

 

Lähde: Grafeenitietokoneet toimivat 1000 kertaa nopeammin, kuluttavat paljon vähemmän virtaa

Kääntää "