Il fosforo nero potrebbe essere il futuro dei microchip?

Il grafene è stato a lungo visto come il futuro dei processori per computer e dell'elettronica. Tuttavia, negli ultimi due anni, sono emersi alcuni straordinari materiali cristallini bidimensionali. Un nuovo sfidante è il fosforo nero. Questa settimana, un team di ricerca coreano ha capito come creare un gap di banda regolabile nel materiale, permettendogli di essere usato come semiconduttore e (potenzialmente) un sostituto superiore per il silicio.

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Fosforo nero

Come il grafene, il fosforo nero può essere separato in fogli di un solo atomo. Questi fogli sono noti come fosforene, ma a differenza del grafene questi strati agiscono come un eccellente semiconduttore che può essere facilmente attivato e disattivato, auspicabilmente riducendo sostanzialmente i requisiti energetici per una nuova generazione 8 Incredibili nuovi modi di generare elettricità 8 Incredibili nuovi modi di generare elettricità L'energia alternativa è l'aumento, ma potresti non sapere tutte le opzioni. Ecco alcuni dei nuovi modi più pazzi per generare energia. Ulteriori informazioni sui transistor ultra-conduttivi. Il grafene è estremamente conduttivo, ma manca un gap di banda naturale, ed è qui che potrebbe entrare il fosforo nero.

Produzione

Il fosforo nero è un allotropo termodinamicamente stabile dell'elemento, il fosforo. Stabile a temperatura ambiente, il fosforo nero non è una sostanza "presente in natura" e si ottiene solo riscaldando il fosforo bianco a pressione estremamente elevata, circa 12.000 atmosfere. I risultanti cristalli di fosforo nero presentano strati di alveari increspati, con una distanza tra gli interstrati di 0,5 nanometri. Non ci crederai: DARPA Future Research nei computer avanzati Non ci crederai: DARPA Future Research in Advanced Computers DARPA è uno dei più affascinanti e parti segrete del governo degli Stati Uniti. Di seguito sono riportati alcuni dei progetti più avanzati di DARPA che promettono di trasformare il mondo della tecnologia. Per saperne di più, un'altra caratteristica simile al grafene.

Una volta creato, il fosforo nero è difficile da produrre in grandi quantità alla larghezza specificata. Il metodo tradizionale, applicato anche ad altri materiali bidimensionali, è quello dell'esfoliazione meccanica. In questo processo faticosamente lento i ricercatori schiacciano una quantità di fosforo nero in una polvere compressa, quindi usano del nastro adesivo per rimuovere lentamente gli strati finché non creano uno strato di pochi strati. È limitato e limitante sia alla produzione che alla ricerca.

Rendendosi conto di quanto questo metodo sia restrittivo, Mark C. Hersam, un chimico della Northwestern University, ha sviluppato una nuova tecnica utilizzando la chimica delle soluzioni per accelerare la produzione. Pongono un cristallo di fosforo nero e un solvente sul fondo di un tubo ultrasonico, che utilizza una punta metallica a vibrazione rapida per agitare il liquido.

L'azione sonora risultante, combinata con il solvente, separa il fosforo nero nei fogli nanometrici richiesti, sospesi all'interno del liquido. I ricercatori possono quindi ricoprire questo "inchiostro" sulle superfici, creando una distribuzione casuale di sottili scaglie di fosforo nero.

Mentre la tecnica di ultrasuoni produce un rendimento leggermente maggiore, ed è un processo più rapido, la distribuzione casuale è alquanto problematica. Per creare transistor veramente efficienti usando ricercatori e ingegneri neri di fosforo, è necessario poter ricoprire le superfici con maggiore precisione. Questo è il prossimo obiettivo per i ricercatori.

Band Gap

Uno dei principali vantaggi dell'attrattiva del fosforo nero è il suo band gap naturale. Il gap di banda o gap di energia è ciò che separa i materiali conduttivi dai semiconduttori. Funziona così:

• Il grafene è un conduttore eccellente, che è ciò che lo rende attraente per i processori di computer. Poca resistenza significa poco calore Sfortunatamente, non sappiamo ancora come trasformarlo in uno stato non conduttivo. I transistor di grafene non possono essere disattivati. Mentre ci possono essere modi per risolvere questo problema, nessuno li ha ancora incrinati.
• Il fosforo nero è anche un conduttore eccellente, ma ha anche un gap energetico, il che significa che la quantità di energia che passa attraverso il materiale può essere commutata tra conduttore e isolante. Con il drogaggio del fosforo nero, è possibile creare facilmente transistor tradizionali. È anche possibile sintonizzarlo per produrre comportamenti davvero specifici, consentendo circuiti elettronici esotici.

È questo ampio intervallo che riempie gli scienziati dei materiali Come gli esseri umani della stampa 3D potrebbero essere possibili un giorno in che modo gli esseri umani della stampa 3D potrebbero essere possibili in un giorno Come funziona la bioprinting? Cosa può essere stampato? E sarà mai in grado di stampare un essere umano completo? Leggi di più con entusiasmo. Questo, combinato con l'alta foto-sensibilità del fosforo nero potrebbe vedere il semiconduttore utilizzato in tutto, dalla rilevazione chimica al circuito ottico.

Circuito ottico

Il fosforo nero viene anche chiamato a “-Band Direct” semiconduttore. Questa è una proprietà rara, il che significa che il materiale può convertire in modo efficace ed efficiente segnali elettrici in luce, rendendolo un candidato ideale per la comunicazione ottica su chip. Nathan Youngblood, studente universitario del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica dell'Università del Minnesota, il cui articolo sul fosforo nero è Natura Fotonica crede:

“È davvero emozionante pensare a un singolo materiale che può essere utilizzato per inviare e ricevere dati otticamente e non è limitato a un substrato o a una lunghezza d'onda specifici. Questo potrebbe avere un enorme potenziale per la comunicazione ad alta velocità tra i core della CPU, che al momento è un collo di bottiglia nel settore informatico.”

Una sostituzione di silicio?

Mentre la Silicon Valley avrebbe bisogno di essere ribattezzata, il fosforo nero potrebbe essere il materiale per portare il design del processore a nuovi livelli. Idealmente, il fosforo nero ridurrà la tensione operativa dei transistor rivestiti con il suddetto "inchiostro". Ciò ridurrà il calore prodotto durante l'utilizzo, consentendo ai processori di essere sincronizzati più velocemente senza surriscaldamento, un processo che si è in gran parte bloccato a favore dell'aggiunta di più core. Ciò aumenterebbe l'efficienza dei chip e, cosa più importante, la potenza di elaborazione complessiva.

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Non sono solo i transistor a beneficiare del fosforo nero. Altre applicazioni nell'ambito dell'elettronica includono: pannelli solari, celle solari efficienti. A buon mercato. Eccezionale. Ecco perché le nuove celle solari spray-on sono più efficienti. A buon mercato. Eccezionale. Ecco perché la nuova materia prima a spruzzo di celle solari Il costo dell'energia solare è destinato a calare vertiginosamente dopo che un gruppo di scienziati che lavorava presso l'Università di Sheffield nel Regno Unito ha annunciato lo sviluppo di celle solari utilizzando un processo di spruzzatura. Ulteriori informazioni, batterie Tecnologie delle batterie che stanno cambiando il mondo Tecnologie delle batterie che stanno cambiando il mondo La tecnologia della batteria è cresciuta più lentamente rispetto alle altre tecnologie ed è ora il lungo polo di tentazione in un numero impressionante di settori. Quale sarà il futuro della tecnologia delle batterie? Ulteriori informazioni, interruttori, sensori e altro. Ma come con la maggior parte dei materiali di meraviglia, lavorando, ricercando e implementando materiali a livello atomico. Quantum Computers: The End of Cryptography? Quantum Computers: The End of Cryptography? Il calcolo quantico come idea è in circolazione da un po 'di tempo - la possibilità teorica è stata originariamente introdotta nel 1982. Negli ultimi anni, il campo si è avvicinato alla praticità. Leggi di più richiederà tempo, quindi non aspettarti un computer optoelettronico Come funzionano i computer ottici e quantistici? Come funzionano i computer ottici e quantistici? L'età di Exascale sta arrivando. Sai come funzionano i computer ottici e quantistici e queste nuove tecnologie diventeranno il nostro futuro? Per saperne di più giocare a Minecraft The (Latecomer) Guida per principianti a Minecraft The (Latecomer) Beginner's Guide To Minecraft Se sei in ritardo per la festa però, non ti preoccupare - questa ampia guida per principianti ti copre. Leggi di più presto.

Dovremmo essere eccitati?

Sì, naturalmente. Stiamo letteralmente parlando del futuro potenziale sia dell'informatica che della comunicazione ottica. Tuttavia, non dovremmo rallegrarci e saltare a bordo di un treno pubblicitario Black Phosphorus, perché sarà un lungo viaggio vecchio senza una fine definitiva in vista. Materiali stupefacenti come il fosforo nero, come il grafene, come il molibdeno disolfuro, sono pronti a cambiare il futuro. Solo non rapidamente come vorremmo.

Sei eccitato dai materiali futuristici? O è solo un po 'di campagna pubblicitaria? Fateci sapere cosa ne pensate!

Crediti immagine: polvere nera di Fablok via Shutterstock, Fosforo Allotropi, Fiala al fosforo nero, Struttura al fosforo, Chip DWave via Wikimedia Commons, Microchip via Flickr

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