тел. +380(57)625-13-94

Чудо 21 века — графеновая электроника

19.06.2013

85ac35a6e37cec12796397d985c10fd7[1]Открытие углеродных нанотрубок и графена – это яркий пример нанотехнологии. Именно с  этими открытиями ученые связывают прорыв в фармакологии и электронике в 21 веке. Возможности открываются неограниченные – это и нанороботы для лечения людей и системы, считывающие сигналы на клеточном уровне, и квантовые компьютеры. Из области фантастики многие возможности перешли в лабораторные разработки.

Микроэлектроника стала особой темой. Чипы памяти и современные микропроцессоры преодолевают значение технорм в 10 нанометров. Однако уже сейчас ученые ставят перед собой рубеж в 4 нм. Чем меньше разрабатываемые приборы, тем более сложные задачи приходится решать разработчикам. Те, кто знает о современных микропроцессорах в курсе, что их быстродействие не может быть увеличено более 4ГГц.

Прекрасный материал для микроэлектроники – кремний, имеет существенный недостаток — плохую теплопроводность. В связи с этим барьером для дальнейшего развития микроэлектроники становится рост  плотности и тактовой частоты  многих элементов.

Но сегодня появилась возможность использования  альтернативных  материалов, таких как двухмерная форма углерода — графен и углеродные нанотрубки, трехмерная кристаллическая форма углерода. В результате первых исследований созданы графеновые транзисторы, которые работают на частоте 300ГГц. Причем сохраняющие свои характеристики даже при температуре 125 градусов.

В 2010 году  россиянам Андрею Гейму и Константину Новосельцеву за открытую ими  новую   кристаллическую  модификацию углерода — графен, толщина, которого один атомный слой,  присудили  Нобелевскую премию.

Самое интересное это то, что физики–теоретики открыли графен в пятидесятых годах прошлого столетия, описывая трехмерные структуры углерода. Их теплофизические свойства прекрасно описывала математическая модель двухмерной решетки. Но попытки создать кристаллы двухмерного углерода всегда заканчивались неудачами.

Уже сегодня применений этого материала предложены сотни. Это микрочипы, квантовые компьютеры, аккумуляторные батареи с фантастической емкостью, датчики, размерами  в несколько нанометров, фильтры для воды и многое другое.

Свойства графена позволяют преобразовывать тепло обратно в  электроэнергию, получать графеновые транзисторы и микросхемы, модуляторы, смесители частоты, и др.

Углеродные материалы не смогут сразу заменить кремний в электронике. Но  на коммерческий уровень уже выходит создание гибридных микросхем,  с использованием  преимуществ обоих материалов. Не за горами день, когда появятся микропроцессоры, в обычных мобильных устройствах, превышающие производительность суперкомпьютеров.