Könnte schwarzer Phosphor die Zukunft von Mikrochips sein?

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 man eine durchstimmbare Bandlücke im Material schafft, wodurch es als Halbleiter verwendet werden kann und (möglicherweise) ein überlegener Ersatz für Silizium ist.

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

Schwarzer Phosphor

Wie Graphen kann schwarzer Phosphor in ein Atom dicke Platten getrennt werden. Diese Platten sind als Phosphorene bekannt, aber anders als Graphen wirken diese Schichten als exzellenter Halbleiter, der leicht ein- und ausgeschaltet werden kann, wodurch der Strombedarf für eine neue Generation erheblich verringert wird. 8 Unglaubliche neue Wege der Stromerzeugung 8 Unglaubliche neue Möglichkeiten der Stromerzeugung Alternative Energie ist einer der Anstiege, aber Sie kennen möglicherweise nicht alle Optionen. Hier sind einige der verrücktesten neuen Wege der Stromerzeugung. Lesen Sie mehr über ultraleitende Transistoren. Graphen ist extrem leitfähig, aber es fehlt ihm 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 (etwa 12.000 Atmosphären) erhalten. Die resultierenden schwarzen Phosphorkristalle verfügen über gewellte Wabenschichten mit einem Abstand zwischen den Schichten von 0,5 Nanometern. Sie werden es nicht glauben: DARPA Future Research in Advanced Computers Sie werden es nicht glauben: DARPA Future Research In Advanced Computers geheimnisvolle Teile der US-Regierung. Im Folgenden sind einige der fortschrittlichsten Projekte von DARPA aufgeführt, die die Welt der Technologie verändern sollen. Lesen Sie mehr, eine weitere ähnliche Funktion zu Graphen.

Einmal erzeugt, ist es schwierig, schwarzen Phosphor in der angegebenen Breite in großen Mengen herzustellen. Die traditionelle Methode, die auch auf andere zweidimensionale Materialien angewendet wird, ist das mechanische Abblättern. In diesem mühsam langsamen Prozess zerkleinern Forscher eine bestimmte Menge schwarzen Phosphors in ein komprimiertes Pulver und ziehen dann die Schichten mit Klebeband langsam ab, bis sie einen nur wenige Schichten dicken Film bilden. Es ist begrenzt und beschränkt sich sowohl auf die Herstellung als auch auf die Forschung.

Mark C. Hersam, Chemiker an der Northwestern University, erkannte, wie restriktiv diese Methode ist, und entwickelte eine neue Technik, bei der die Lösungschemie verwendet wurde, um die Produktion zu beschleunigen. Sie legen einen Kristall aus schwarzem Phosphor und ein Lösungsmittel in den Boden eines Ultraschallrohrs, das mit einer schnell vibrierenden Metallspitze die Flüssigkeit bewegt.

Die resultierende Schallwirkung trennt den schwarzen Phosphor in Kombination mit dem Lösungsmittel in die erforderlichen nanometerdicken Platten, die in der Flüssigkeit suspendiert sind. Die Forscher können dann diese "Tinte" auf die Oberflächen schleudern und so eine zufällige Verteilung von dünnen schwarzen Phosphorflocken erzeugen.

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

Bandabstand

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

• Graphen ist ein hervorragender 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 können. Graphen-Transistoren können nicht ausgeschaltet werden. Es gibt zwar Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, aber niemand hat sie geknackt.
• Schwarzer Phosphor ist auch ein hervorragender Leiter, aber er hat auch eine Energielücke, dh die durch das Material fließende Energiemenge kann zwischen leitend und isolierend geschaltet werden. Durch das Dotieren von schwarzem Phosphor können Sie herkömmliche Transistoren problemlos erstellen. Sie können ihn auch so abstimmen, dass er ein wirklich spezifisches Verhalten erzeugt und exotische elektronische Schaltungen zulässt.

Diese weit reichende Bandlücke füllt Materialwissenschaftler. Wie 3D-Druck von Menschen an einem Tag möglich werden kann Wie 3D-Druck von Menschen an einem Tag möglich sein kann Wie funktioniert Bioprinting? Was kann gedruckt werden? Und wird es jemals möglich sein, einen vollen Menschen zu drucken? Lesen Sie mehr mit Spannung. In Kombination mit der hohen Lichtempfindlichkeit von schwarzem Phosphor könnte dies der Halbleiter sein, der von der chemischen Erkennung bis zur optischen Schaltung verwendet wird.

Optische Schaltung

Schwarzer Phosphor wird auch als a bezeichnet “Direktband” Halbleiter. Dies ist eine seltene Eigenschaft, was bedeutet, dass das Material elektrische Signale effektiv und effizient zurück in Licht umwandeln kann, was es zu einem hervorragenden Kandidaten für die optische Kommunikation auf dem Chip macht. University of Minnesota Abteilung für Elektrotechnik und Computertechnik, Nathan Youngblood, dessen Artikel über schwarzen Phosphor im Mittelpunkt stand Natur Photonik glaubt:

“Es ist wirklich aufregend, an ein einzelnes Material zu denken, das zum optischen Senden und Empfangen von Daten verwendet werden kann und nicht auf ein bestimmtes Substrat oder eine bestimmte Wellenlänge beschränkt ist. Dies könnte ein enormes Potenzial für die Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen CPU-Kernen haben, was derzeit ein Engpass in der Computerbranche ist.”

Ein Silikonersatz?

Während Silicon Valley umbenannt werden müsste, könnte schwarzer Phosphor das Material sein, um das Prozessordesign auf neue Höhen zu bringen. Im Idealfall verringert Schwarzer Phosphor die Betriebsspannung von Transistoren, die mit der zuvor genannten "Tinte" beschichtet sind. Dadurch wird die während des Betriebs erzeugte Wärme verringert, und Prozessoren können schneller getaktet werden, ohne zu überhitzen. Dies ist ein Prozess, der zugunsten der Hinzufügung weiterer Kerne zum Stillstand gekommen ist. Dies würde die Chipeffizienz und vor allem die Gesamtverarbeitungsleistung erhöhen.

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Nicht nur Transistoren können von Black Phosphorus profitieren. Andere Anwendungen in der Elektronik umfassen: Solarmodule, Solarzellen Effizient. Billig. Genial. Warum neue spritzbare Solarzellen effizient sind. Billig. Genial. Warum neue Sprühzellen für Solarzellen wichtig sind Die Kosten für Solarenergie werden drastisch sinken, nachdem ein Team von Wissenschaftlern der Universität Sheffield im Vereinigten Königreich die Entwicklung von Solarzellen im Sprühverfahren angekündigt hat. Lesen Sie mehr, Batterien Batterietechnologien, die die Welt verändern werden Batterietechnologien, die die Welt verändern werden Die Batterietechnologie ist langsamer gewachsen als andere Technologien und ist heute der lange Zeltstab in einer Reihe von Branchen. Was wird die Zukunft der Batterietechnologie sein? Lesen Sie mehr, Schalter, Sensoren und mehr. Aber wie bei den meisten Wundermaterialien wird mit Materialien auf atomarer Ebene gearbeitet, erforscht und implementiert. Quantum Computers: The End of Cryptography? Quantencomputer: Das Ende der Kryptographie? Quantum Computing als Idee gibt es schon seit geraumer Zeit - die theoretische Möglichkeit wurde ursprünglich 1982 eingeführt. In den letzten Jahren rückte das Feld der praktischen Anwendbarkeit näher. Weitere Informationen werden einige Zeit in Anspruch nehmen. Erwarten Sie also keinen optoelektronischen Computer. Wie funktionieren optische und Quantencomputer? Wie funktionieren optische und Quantencomputer? Das Exascale-Zeitalter kommt. Wissen Sie, wie optische Computer und Quantencomputer funktionieren, und werden diese neuen Technologien unsere Zukunft werden? Lesen Sie mehr Minecraft Der (Latecomer) Anfängerleitfaden für Minecraft Der (Latecomer) Anfängerleitfaden für Minecraft Wenn Sie zu spät zur Party kommen, machen Sie sich keine Sorgen - dieser ausführliche Anfängerleitfaden hat Sie abgedeckt. Lesen Sie in Kürze mehr.

Sollten wir aufgeregt sein?

Ja bitte. Wir sprechen buchstäblich über die potenzielle Zukunft der Datenverarbeitung und der optischen Kommunikation. Wir sollten uns jedoch nicht freuen und in einen Black-Phosphorus-Hype-Zug einsteigen, da dies eine lange, lange Reise sein wird, ohne dass ein endgültiges Ende in Sicht ist. Erstaunliche Materialien wie Black Phosphorus wie Graphene wie Molybdändisulfid werden die Zukunft verändern. Nur nicht so schnell wie wir möchten.

Sind Sie von futuristischen Materialien begeistert? Oder ist das alles nur ein Hype? Lass uns wissen was du denkst!

Bildnachweise: Schwarzes Pulver von Fablok über Shutterstock, Phosphorus Allotropes, Schwarze Phosphorampulle, Phosphorstruktur, DWave-Chip alle über Wikimedia Commons, Microchip über Flickr

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