科学家称,微小的石墨烯微芯片可使手机和笔记本电脑快数千倍

研究人员通过折叠折纸等材料来释放石墨烯的电子特性

最近更新时间 2021-02-17 12:01:43

graphene

物理学家发现,与折纸相似折叠的石墨烯条可用于制造比传统芯片小100倍的微芯片,用这些小芯片包装手机和笔记本电脑可以大大提高我们设备的性能。

英国萨塞克斯大学的一项新研究表明,改变纳米材料(如石墨烯)的结构可以释放电子特性,并有效地使该材料像晶体管一样发挥作用。

科学家有意在石墨烯层中制造扭结,并发现这种材料可以像电子元件一样工作。因此,可以利用石墨烯及其纳米级尺寸来设计最小的微芯片,这对于制造更快的手机和笔记本电脑很有用。

萨塞克斯大学数学和物理科学学院教授艾伦·道尔顿(Alan Dalton)说:“我们正在机械地在石墨烯层中制造扭结。这有点像纳米折纸。”“这种技术-使用纳米材料而非电子的'straintronics'技术为任何设备中的更多芯片提供了空间。我们想要与计算机一起做的所有事情-加快它们的速度-都可以通过像这样使石墨烯皱缩来完成。”

石墨烯于2004年被发现,是一种原子厚的碳原子片,由于其纳米尺寸的宽度,它实际上是2D材料。石墨烯以其非凡的强度而著称,同时还因其材料的导电性能而闻名,这已经引起了包括三星电子在内的电子行业的极大兴趣。

应变电子学领域已经表明,使2D纳米材料(例如石墨烯)以及二硫化钼变形的结构可以释放出关键的电子特性,研究人员认为,但是不同“褶皱”的确切影响仍然知之甚少。

然而,这些材料的性能为高性能设备提供了巨大的潜力:例如,改变2D材料带的结构可以改变其掺杂特性(对应于电子密度),并有效地将材料转换为超导体。

研究人员对结构变化对性能的影响进行了深入研究,例如在石墨烯和二硫化钼带中掺杂。从扭结,皱纹到坑洞,他们观察了材料如何扭曲和转向最终用于设计较小的电子元件。

负责这项研究的苏塞克斯大学纳米结构材料研究员Manoj Tripathi说:“我们已经证明,只需在结构中添加故意的纽结,就可以使用石墨烯和其他2D材料创建结构。通过进行这种波纹处理,我们可以创建智能电子组件,例如晶体管或逻辑门。”

这一发现很可能会在符合摩尔定律的行业中引起共鸣,该定律认为,微芯片上的晶体管数量每两年翻一番,以响应对更快的计算服务不断增长的需求。问题是,工程师们正在努力寻找将更多处理能力集成到微型芯片中的方法,这给传统的半导体行业带来了一个大问题。

一个很小的基于石墨烯的晶体管可以极大地帮助克服这些障碍。 “使用这些纳米材料将使我们的计算机芯片更小,更快。这是绝对关键的,因为计算机制造商现在正处于使用传统半导体技术所能做的极限。最终,这将使我们的计算机和电话在未来的速度提高数千倍。”

自从15年前发现石墨烯以来,它一直难以找到最初希望的尽可能多的应用,并且该材料经常被认为是其自身大肆宣传的受害者。但是,在1824年发现这种材料后,用了一个多世纪的时间才制造出了第一块硅芯片。鉴于此,道尔顿和特里帕蒂的研究似乎是朝着寻找可能改变游戏规则的石墨烯用途迈出的又一步。

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