En gruppe forskere slo seg sammen for å utvikle en grafen-basert transistor, som drastisk overgikk silisium som brukes i de fleste datamaskiner.

Den er mindre, men kraftigere.

Graphene At It Again

Oppdagelsen av graphene i 2004 begynte en rekke studier for å isolere andre todimensjonale materialer. Grafen ble funnet å være et vidundermateriale, med et sett med unike og bemerkelsesverdige egenskaper. En av disse er dens evne til å lede varme ti ganger bedre enn kobber, den mest brukte lederen innen elektronikk. Ved romtemperatur er grafen også i stand til å lede elektrisitet 250 ganger bedre enn silisium, en hastighet raskere enn noe annet kjent stoff.

Disse egenskapene førte til at et team av forskere fra Northwestern University, University of Texas i Dallas (UT Dallas), University of Illinois i Urbana-Champaign og University of Central Florida (UCF) vurderte å utvikle en grafenbasert transistor. I en studie publisert i tidsskriftet Nature Communications, fant teamet at en grafenbasert transistor faktisk kunne fungere bedre enn silisiumtransistorer som brukes i dagens datamaskiner.

En rask forklaring først: Transistorer er nøkkelen i dagens datakretser, da disse fungerer som av og på brytere som slipper gjennom elektroniske signaler og elektrisk kraft. Når de settes sammen, danner transistorer logiske porter - kjernen til mikroprosessorer, som tjener som inngang og utgang og fungerer enten som 0-er eller 1-er (såkalte binære biter). Dette er det som lar mikroprosessorer løse logikk- og dataproblemer.

"Hvis du vil fortsette å presse teknologien fremover, trenger vi raskere datamaskiner for å kunne kjøre større og bedre simuleringer for klimavitenskap, for romutforskning, for Wall Street," sa medforfatter Ryan Gelfand, en assisterende professor ved UCF. i en pressemelding. "For å komme dit, kan vi ikke stole på silisiumtransistorer lenger."

Bedre logiske porter

Mikroprosessorer bygget ved hjelp av silisiumtransistorer har stått fast ved prosesseringshastigheter for det meste i området 3 til 4 gigahertz siden 2005. Det er en grense for hastigheten på signaler og kraft disse transistorene kan håndtere, hovedsakelig på grunn av materialets motstand. Forskerteamet fant imidlertid en vei gjennom denne begrensningen ved å bruke grafen i stedet for silisium.

Forskerne bygde først et grafenbånd ved å pakke ut et karbon nanorør (et tynt brettet grafenark). De påførte deretter et magnetisk felt på grafenbåndet, noe som fikk dem til å innse at de kunne kontrollere motstanden til den flytende strømmen gjennom båndet. Ved å bruke tilstøtende nanorør for å øke eller redusere strømmen, kan magnetfeltet kontrollere strømmen.

Teamets grafen-transistorbaserte logiske kretser forbedret klokkehastigheten til mikroprosessorer med tusen ganger, og ville kreve en hundredel av kraften som kreves av silisiumbaserte datamaskiner. Dessuten var disse kretsene også mindre enn logiske kretser som bruker silisiumtransistorer. Dette kan gi rom for mindre elektroniske enheter som klemmer inn mer funksjonalitet, forklarte Gelfand. En lignende studie utforsket også grafen som en potensiell kondensator for kvantedatamaskiner.

Et all-carbon databehandlingssystem eksisterer fortsatt bare på tegnebrettet, sier medforfatter Joseph S. Friedman fra UT Dallas, men Friedman og hans samarbeidspartnere i forskningslaboratoriet NanoSpinCompute jobber for tiden med en prototype.

"De eksepsjonelle materialegenskapene til karbonmaterialer tillater Terahertz-drift og to størrelsesordensreduksjoner i effektforsinkelsesprodukt sammenlignet med banebrytende mikroprosessorer," forskerne skrev. "Vi håper å inspirere fabrikasjonen av disse kaskadede logiske kretsene for å stimulere en transformativ generasjon av energieffektiv databehandling."

 

kilde: Grafendatamaskiner fungerer 1000 ganger raskere, bruker langt mindre strøm

Oversette "