Poderia fósforo negro ser o futuro dos microchips?

O grafeno tem sido visto como o futuro dos processadores de computador e eletrônicos. No entanto, ao longo dos últimos dois anos, alguns materiais de cristal de duas dimensões notáveis ​​surgiram. Um novo desafiante é fósforo preto. Esta semana, uma equipe de pesquisa coreano descobriu como criar um gap ajustável no material, permitindo que ele seja usado como um semi-condutor, e (potencialmente) um substituto superior para silício.

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preto Phosphorus

Como grafeno, fósforo preto pode ser separado em folhas um átomo de espessura. Estas folhas são conhecidos como phosphorene, mas ao contrário de grafeno estas camadas agir como uma excelente semicondutor que pode ser facilmente ligado e desligado, esperançosamente reduzindo substancialmente o requisitos de energia para uma nova geração transistores de ultra-condutoras. O grafeno é extremamente condutor, mas não tem um gap natural, e é aí que o fósforo negros poderiam intervir.

Produção

fósforo O preto é uma allotrope termodinamicamente estáveis ​​do elemento, de fósforo. Estável à temperatura ambiente, fósforo preto não é uma substância ‘de ocorrência natural` e só é obtido por aquecimento de fósforo branco sob uma pressão extremamente elevada, cerca de 12.000 atmosferas. Os cristais de fósforo negros resultantes apresentam camadas de favo de mel franzidos, com distância intercamadas de 0,5 nanómetros, Outra característica semelhante ao grafeno.Você não vai acreditar: DARPA futuras pesquisas sobre computadores avançadosVocê não vai acreditar: DARPA futuras pesquisas sobre computadores avançadosDARPA é uma das partes mais fascinantes e secretos do governo dos EUA. A seguir estão alguns dos projectos mais avançados da DARPA que prometem transformar o mundo da tecnologia.consulte Mais informação

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Uma vez criado, o fósforo branco é difícil de fabricar em grandes quantidades na largura especificada. O método tradicional, também aplicado a outros materiais bidimensionais, que é de esfoliação mecânica. Neste processo lento e trabalhoso investigadores esmagar uma quantidade de fósforo preto em um pó compactado, em seguida, utilizar a fita adesiva para descascar lentamente para trás camadas até eles criam um filme apenas algumas camadas de espessura. É limitada e limitante para fabricação e pesquisa.

Percebendo o quão restritiva este método é, Mark C. Hersam, um químico da Universidade Northwestern, desenvolveu uma nova técnica usando uma solução química para acelerar a produção. Eles colocam um cristal de fósforo branco e um solvente no fundo de um tubo de ultra-sons, que utiliza uma ponta de metal rapidamente vibrar para agitar o líquido.

A acção sónica resultante, combinado com o solvente separa o fósforo preto para as folhas de espessura nanômetros necessário, suspensa no interior do líquido. Os investigadores podem então girar-revestimento esta ‘tinta` sobre as superfícies, criando uma distribuição aleatória de flocos finos de fósforo preto.

Embora a técnica de ultra-sons produz um rendimento ligeiramente maior, e é um processo mais rápido, a distribuição aleatória é um tanto problemático. Para criar transistores verdadeiramente eficientes usando pesquisadores fósforo preto e engenheiros deve ser capaz de girar-revestimento das superfícies com muito maior precisão. Esta é a próxima meta para os investigadores.

Gap band

Uma grande vantagem do apelo de fósforo preto é a sua gap natural. O gap, ou gap de energia é o que separa materiais condutores de semicondutores. Funciona assim:

• O grafeno é um excelente condutor, que é o que o torna atraente para os processadores de computador. Pouca resistência significa pouco calor. Infelizmente, nós ainda não sabemos como mudar isso em um estado não-condutor. transistores de grafeno não pode desligar. Embora possa haver maneiras de resolver este problema, de ninguém rachado eles ainda.
• fósforo preta é também um excelente condutor, mas também tem uma abertura de energia, significando que a quantidade de energia que passa através do material pode ser comutado entre condutores e isolantes. Por doping de fósforo preto, você pode criar transistores tradicionais facilmente. Você também pode ajustá-lo para produzir comportamentos muito específicos, permitindo circuitos eletrônicos exóticos.

É esta diferença de banda ampla que enche cientistas de materiais com animação. Isto, combinado com elevada foto-sensibilidade dos negros de fósforo poderia ver o semicondutor usado no tudo de detecção de substâncias químicas para o circuito óptico.Como os seres humanos de impressão 3D pode ser possível algum diaComo os seres humanos de impressão 3D pode ser possível algum diaComo é que bioprinting trabalho? O que pode ser impresso? E será sempre ser capaz de imprimir um ser humano completo?consulte Mais informação

Circuito óptico

fósforo negro também é referido como um semicondutor “-band direta”. Esta é uma propriedade rara, ou seja, o material possa eficaz e eficientemente converter sinais elétricos de volta à luz, tornando-o um excelente candidato para comunicação óptica on-chip. Universidade de Minnesota Departamento de estudante de graduação Engenharia Elétrica e Computação Nathan Youngblood, cujo papel em fósforo preto caracterizado Natureza Photonics acredita:

“É realmente emocionante pensar de um único material que pode ser usado para enviar e receber dados opticamente e não se limita a um substrato ou comprimento de onda específico. Isso poderia ter um enorme potencial de comunicação de alta velocidade entre os núcleos de CPU que é atualmente um gargalo na indústria da computação no momento.”

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A substituição do Silício?

Enquanto Silicon Valley teriam de ser renomeado, fósforo preto poderia ser o material para levar design do processador a novas alturas. Idealmente, preto de fósforo vai diminuir a tensão de funcionamento dos transístores revestidas com o acima mencionado ‘tinta `. Isto irá diminuir o calor produzido durante o uso, permitindo que os processadores a ser cronometrado mais rápido sem sobreaquecimento, um processo que tem em grande parte parado em favor da adição de mais núcleos. Isso iria aumentar a eficiência de chip, e - mais importante - poder de processamento geral.

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Não são apenas os transistores que poderiam se beneficiar de preto Fósforo. Outras aplicações dentro de eletrônicos incluem: painéis solares, células solares, baterias, interruptores, sensores, e mais. Mas como acontece com a maioria dos materiais maravilha, trabalhando, pesquisando e implementação de materiais nível atômico Vai levar tempo, então não espere um computador optoeletrônicos jogar Minecraft em breve.Eficiente. Barato. Impressionante. Aqui está o porquê New Spray-On células solares MatériaEficiente. Barato. Impressionante. Aqui está o porquê New Spray-On células solares MatériaO custo da energia solar está definido para cair vertiginosamente depois que uma equipe de cientistas que trabalham na Universidade de Sheffield, no Reino Unido anunciou o desenvolvimento de células solares usando um processo em spray.consulte Mais informação

Deveríamos estar excitado?

Sim, claro. Nós estamos literalmente falando sobre o potencial futuro de ambos computação e comunicação óptica. Devemos, no entanto, não se alegrar e saltar a bordo de um trem campanha publicitária Preto Phosphorus, porque vai ser uma viagem longa idade, sem fim definitivo à vista. materiais surpreendentes como Black Phosphorus, como grafeno, como molibdênio dissulfeto está tudo pronto para mudar o futuro. Apenas não tão rapidamente como gostaríamos.

Você está animado com materiais futuristas? Ou é tudo apenas um monte de hype? Deixe-nos saber o que você pensa!