Grafeno III

El primer transistor totalmente 2D, del maravilloso material grafeno-molibdenita podría ser el futuro de la electrónica rápida

Los investigadores del Laboratorio Berkeley, utilizando un trío de materiales extraños grafeno, el nitruro de boro, y molibdenita de un solo átomo de grosor, han creado el primer transistor de efecto campo todo-2D. Este FET también podría ser el primero de una nueva clase de dispositivos electrónicos que se llevan a cabo junto con la fuerza de van der Waals - la misma fuerza que los geckos utilizan para subir un trozo de vidrio. Según Lab Berkeley , estos 2D, son los asombrosos materiales para los FET que podrían ser la clave para una " electrónica más rápida en el futuro ."

Como puedes saber si has estado siguiendo nuestra extensa cobertura de grafeno, el grafeno es el material más conductor en el mundo, por lo que es un candidato ideal para la electrónica de última generación. Por lógica digital, sin embargo - cálculo real - grafeno es inútil, ya que carece de una banda prohibida. Afortunadamente, hay otra monocapa (de un solo átomo de espesor) de material, molibdenita, que tiene una banda prohibida perfecto para transistores - y ahora Berkeley Lab ha logrado sándwich tanto grafeno y molibdenita juntos, para crear esa mítica todo-2D FET. [DOI: 10.1021 / nn501723y - "Los transistores de efecto de campo, construido a partir de todos los componentes de materiales bidimensionales"]

En este caso, "2D" se refiere al hecho de que el transistor está construido enteramente de monocapas atómicas. Como se puede ver en el diagrama anterior, esto se traduce en un FET que tiene sólo seis átomos de espesor. El grafeno actúa como la puerta, fuente y drenaje, nitruro de boro hexagonal (h-BN) es el aislante de puerta, y molibdenita (disulfuro de molibdeno) es el canal. Cada capa es de un único cristal, con todo el Kaboodle se mantiene unida por van der Waals fuerza - una débil, la fuerza intramolecular (en oposición a, enlaces covalentes químicos más convencionales). Esta es la misma fuerza que creemos que es utilizada por los pies de las lagartijas para escalar superficies lisas y verticales (pero en verdad, no sabemos mucho acerca de van der Waals). [Leer: El maravilloso mundo de los materiales extraños.]

"En la construcción de nuestros FET 2D para que cada componente está hecho de materiales estratificados con van der Waals de interfaces, proporcionamos una estructura de dispositivo único en el que está bien definido el espesor de cada componente sin ninguna rugosidad de la superficie, ni siquiera a nivel atómico, "dice Ali Javey, quien dirigió la investigación Berkeley Lab (Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley). "Los resultados demuestran la promesa de utilizar un sistema de tratamiento de todos los niveles para futuras aplicaciones electrónicas."

En el futuro, Javey y co se enfrentan al mismo dilema que enfrenta gran parte de la investigación actual sobre los materiales extraños: Cómo dar ese paso gigante de pequeña escala, en-el-laboratorio de procesos (exfoliación mecánica) a gran escala, industrial procesos (química de vapor y la deposición de capa atómica). Teniendo en cuenta los avances recientes en la producción en masa de grafeno de alta calidad, es posible que no tenga que esperar demasiado tiempo.

Los neurocirujanos se preparan para traer el grafeno a la mesa de operaciones

Como es costumbre, del Laboratorio Berkeley el 2D FET fue producido por medio de exfoliación mecánica (un eufemismo hilarante "capas despegando de un gran bloque con cinta adhesiva). Las capas de grafeno, h-BN, y molibdenita se establecieron en un sustrato de oblea de silicio, y luego se utilizó litografía estándar para convertirlo en un componente real y funcional. El FET 2D tiene una excelente relación ON / OFF, pero baja a la movilidad de electrones de medio pelo. Curiosamente, sin embargo, la movilidad de los electrones no disminuye con tensiones elevadas - que, junto con la alta relación ON / OFF, podría resultar en algunos transistores muy rápidos.

Transistor 2D monocapa molibdenita/grafeno, movilidad electrónica

Cuando se encuentra cualquier material nuevo y exótico investigadores a menudo hacen las mismas preguntas. Puede almacenar bits? Puede almacenar energía? Más pronto o más tarde, sobre todo si el material es muy exótico, alguien quiere poner en su cabeza. En un reportaje para el último número de la revista Neurocirugía, los médicos están tratando de grafeno para resolver algunas de las cuestiones más difíciles en su campo.

Con el grafeno puede nombrar más o menos su fenómeno físico favorito, y habrá alguna manera de que el material puede ser utilizado para explotarla. El grafeno es tan delgado que es transparente - sino también, por gramo, uno de los materiales más sensibles a la luz en el mundo. A diferencia de muchos otros metamateriales, también es un buen absorbente en las gamas IR y UV. Lo que entusiasma a algunos neurocirujanos es que más allá de un cierto umbral de iluminación, graphenedisplays lo que se llama "la absorción saturable" - más allá de este punto de la iluminación, los comunicados de grafeno energía extra en forma de calor, que potencialmente puede ser aprovechada para matar tumores.

Área de alta superficie de grafeno (aproximadamente 2.630 metros cuadrados por gramo) conduce a la notable conductividad. También proporciona un gran acceso a diversas moléculas modificadoras de obligar o bioconjugado con él, y transformar su comportamiento. Agentes como poli (óxido de etileno), poli (alcohol de vinilo), poliuretano, y poli (metacrilato de metilo), se pueden utilizar para generar toda clase de compuestos útiles grafeno-polímero. Hoy en día no nos limitamos a tener grafeno, pero también tienen sus diversos derivados como el fluoruro de grafeno, óxido de grafeno, y óxido de grafeno reducido (RGO). No sólo cada forma tiene propiedades de material único, pero potencialmente maneras únicas de interactuar con los tejidos del cuerpo.

Los autores van un poco por la borda sin embargo, en el salto a la idea de que el grafeno podría ser útil en aplicaciones de computación cuántica - dentro de su cabeza ni menos. Ciertamente Aplaudimos su visión, pero también podría sugerir que conseguir ordenadores cuánticos a "trabajar" en cualquier lugar sería un objetivo más realista por ahora. Si toda esta charla sobre el grafeno ha despertado su curiosidad, asegúrate de revisar nuestra función en el maravilloso mundo de los materiales extraños.

IBM invertirá 3000 millones dólares en la investigación de chips 7nm y la tecnología informática "post-silicio ''

Un área que ha estado generando un montón de rumores en el campo de la neurocirugía es el desarrollo de materiales para reducir e incluso estimular los nervios. Los autores sugieren grafeno puede ser ideal como un andamio electroactivo cuando se configura como una estructura porosa tridimensional. Eso podría ser una solución preferible en comparación con otras ideas actualmente vogue como el uso de aleaciones de metales líquidos como puentes. El grafeno ya se ha demostrado para hacer un estimulador de campo E ideal y se utiliza incluso en que la capacidad para mejorar el flujo de sangre dentro del cerebro.

Entre las otras cosas que los investigadores pueden hacer con el grafeno es explotar la propiedad especial de tener electrones pi deslocalizados en su superficie. Esto permite que la energía que se intercambia fácilmente con vecinos cercanos. En la práctica, esto se convierte en útiles como un extintor de la fluorescencia. Para ello, los estudios rápidos en tiempo real de fluorescencia, la limitación no es tanto qué tan rápido puede activar sino lo rápido que pueden cambiar las cosas hacia abajo. Los neurocirujanos han encendido a la idea de las imágenes intraoperatorias durante diversos procedimientos oncológicos y vasculares. Ser capaz de convertirse rápidamente en diferentes tejidos - y por lo tanto verlos - es un elemento de cambio en el quirófano.

Una vista de la hipocampo humano, con proteínas fluorescentes y microscopía confocal

Fibra de óxido de grafeno, de cerca y personal

IBM ha anunciado que está gastando 3000 millones dólares en dos programas de I + D que se espera que hagan la autoridad en las tecnologías de 7 nanómetros-y-más allá de chips. Uno de los proyectos de I + D se verá en empujar los chips de silicio convencionales en la medida en que se vaya (alrededor de 7 nm), y la otra será la tarea de la búsqueda de nuevos materiales y técnicas que nos pueden llevar aún más lejos (computación cuántica, los nanotubos de carbono, el grafeno, III- V). IBM también aprovechó la oportunidad para recordar a todos que ya es el jugador más grande de 7 nm y más allá de la tecnología, con más de 500 patentes aplicables (más del doble que su competidor más cercano). Aunque la mayoría de los principales fabricantes de chips (Intel, TSMC, GloFo, IBM) parecen seguros de que pueden tener los chips CMOS de silicio estándar a 10 nm, que son un poco nervioso acerca de la perspectiva de 7 nm y más allá. Alrededor de las 7 nm, los bloques actuales de los transistores de silicio de construcción no se comportan de la misma manera; cuando la puerta está a sólo unos pocos átomos de ancho, la física clásica se va por la puerta y la física cuántica (que se comporta de forma diferente) se hace cargo. Si bien los distintos diseños de transistores (como 3D) nos permiten tomar un poco más de silicio, las leyes de la física eventualmente ponerse al día.

Una pila de chips IBM Investigación 3D (concepto). Es enfoques alternativos como éste, antes que fuerza bruta, transistores más pequeños, que son probablemente el futuro de ordenador.

Para llegar a 7 nm y más allá, IBM Research está tomando un enfoque de pinza. En primer lugar, tomará en serio esfuerzo para conseguir realmente silicio hasta 7nm - y lo más importante, el desarrollo de procesos que pueden hacer que los chips de 14nm, 10nm, y 7nm económicamente. Como hemos cubierto el mes pasado, por lo que los transistores de silicio más pequeño no es de por sí tan difícil - pero hacerlo sin romper el banco en un equipo caro es. IBM quiere desarrollar nuevas herramientas y técnicas que le ayudarán a escala de silicio hasta 7 nm, y potencialmente más allá.

Una oblea de chips de grafeno, siendo probado en IBM Investigación

El segundo enfoque es potencialmente más interesante, al menos en lo que se refiere a ExtremeTech. En lugar de empujar silicio indefinidamente, este segundo proyecto de investigación se verá en otros materiales y técnicas que podrían más fácilmente llevarnos a 7 nm y más allá. Materiales tales como los semiconductores III-V (en particular, de arseniuro de galio, GaAs) tienen alrededor de 10 veces la movilidad de los electrones de silicio, lo que permite transistores más pequeños con un rendimiento mucho mayor y menor consumo de energía. Del mismo modo, IBM está estudiando nanotubos andcarbon grafeno, los cuales tienen la movilidad increíblemente alto de electrones y puede (teóricamente) formar en estructuras muy pequeñas. IBM ya ha creado un transistor de nanotubos de carbono con un canal de 10nm que no mostró signos de degradación del rendimiento debido a su diminuto tamaño (CNT son sólo capas individuales de carbono / grafeno enrollada en un tubo, por lo que son muy, muy pequeña).

Pero más allá de mejores materiales y el transistor cada vez más pequeño, IBM también está investigando diferentes métodos de cálculo completo, como la informática neuromórfica (chips cerebrales similares), la computación cuántica y la fotónica de silicio / optoelectrónica (tecnología óptica integrado en chips electrónicos). Estos métodos no proporcionan necesariamente más gigahercios o consumir menos energía, pero podrían ofrecer computadoras salvajemente más capaces que pueden procesar muchos más datos que un ordenador convencional en la misma cantidad de tiempo. Por último, es importante señalar que IBM ya está trabajando en todas estas tecnologías, y en muchos casos ha sido por años. El anuncio de un adicional de $ 3 mil millones en el gasto es emocionante, pero es peniques en el gran esquema de la computación en I + D. IBM ya gasta aproximadamente $ 6 mil millones al año en I + D, y empresas como Intel, Samsung, HP, Microsoft y Google son todo esa marca. Me sorprendería si IBM no estaba ya gastando miles de millones por año en los materiales y las técnicas descritas en esta historia. En última instancia, este anuncio se siente como un ejercicio de marketing para tranquilizar a los clientes y accionistas que IBM sigue muy quiere ser líder en computación bleeding-edge.

Seb en IBM Investigación, revisando uno de los IBM criogénicamente enfríados ordenadores cuánticos. "Whoa. Cool ".

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