Нов материал заменя вездесъщия силиций в електрониката

Целта е да преодолее ограниченията в традиционните чипове, да бъде по-бърза и по-малко лакома за енергия

Ако сте се чудили как и докога може да продължава непрекъснатото усъвършенстване на микроелектрониката и да расте изчислителната мощ на микропроцесорите, не сте единствените. Още преди повече от половин век визионерът Гордън Мур - един от основателите на технологичния гигант “Интел” – прогнозира удвояване на производителността на силициевата електроника на всеки 18 месеца, като се започне от 1960 г. Тази прогноза става известна като Закона на Мур, който накратко звучи така - ескалацията не може да се развива до безкрайност. През 2007 г. самият Мур актуализира предишната си прогноза. Според него законът ще престане да действа съвсем скоро заради

обективната граница, до която могат да се намалят размерите на силициевите електронни елементи

Тази мрачна перспектива кара десетки учени от години да опитват да надхвърлят парадигмата на силициевите продукти и да търсят алтернативни платформи за революционизиране на електрониката. Един от тях е холандецът Валт де Хийр от Технологичния институт в Джорджия.

“Компонентите на силициевата електроника наистина не могат да бъдат правени безкрайно по-малки, потреблението на енергия става все по неустойчиво, а скоростта на работа рано или късно ще достигне определени граници. Този неизбежен край на експоненциалното увеличение, което виждаме сега,

е известен в индустрията като “червената тухлена стена”

Бъдещите технологии трябва да преодолеят тази стена, за да продължим напред”, убеден е де Хийр.

Самият той повече от 2 десетилетия прави опити в тази посока, като се фокусира в търсенето на нови материали. Според него вездесъщият силиций, използван в повечето електронни устройства, съвсем не е единственият подходящ материал. Още през 2001 г. де Хийр и колегите му правят първите опити да намерят работеща алтернатива, преди да бъдат достигнати споменатите граници. Съсредоточават се върху графена. Пионерската разработка довежда до първия патент за електроника с графен през 2003 г.

Първоначалният им план да произведат полупроводникови графенови наноленти не успява, но те не се отказват.

“Графенът не е полупроводник. Опитите да се превърне в такъв се проваляха в продължение на 2 десетилетия”,

казва де Хийр.

Неотдавна той и колегите му от Тиендзинския международен център за наночастици и наноструктури, създаден от самия де Хийр и неговия постдокторант проф. Лей Ма, успяват да произведат полупроводников епиграфен с отлични свойства, който може да преодолее ограниченията на силиция и да доведе до нова ера в електрониката. С постижението си ученият стана един от победителите на годишната среща за технологични постижения и иновации Falling Walls в Берлин през есента на 2024 г.

“Изследванията все още са в начален стадий. Много технически препятствия все още трябва да бъдат преодолени, преди нашата мечта за високопроизводителна нискоенергийна електроника да бъде реализирана. Но най-важната стъпка вече е направена”, казва де Хийр.

Той и колегите му имат 3 основни цели. Първата е да дeмонстрират полупроводников епиграфенов полеви транзистор, който превъзхожда силициевия. Втората е

да разработят елементарни епиграфенови устройства,

които разчитат на квантово-механичните вълнови свойства на електроните. Третата е да демонстрират безпроблемно взаимосвързани епиграфенови наномащабни устройства, които имат много ниско разсейване на мощността и работят на много високи честоти. “Постигането на тези 3 цели ще ни доближи значително до епиграфеновата наноелектроника”, убеден е де Хийр. Според него хората вероятно не осъзнават, че има алтернативни начини за създаване на електронни продукти.

“Ако нашите усилия успеят, това може да създаде ново поколение такива продукти, които използват по-малко енергия и са по-бързи”, смята де Хийр.

Той не е единственият учен, който е наясно, че силициевият потенциал, използван в огромното мнозинство силициеви устройства, рано или късно ще достигне фундаменталните си граници. През 2010 г. двама учени, разпознали потенциала на графена, грабнаха Нобелова награда за физика. Предстои да видим не дали, а колко скоро ще се случи поредната цифрова революция.