Физики: графеновые транзисторы ускорят компьютеры в тысячи раз
Американские физики заявляют о создании первых "магнитных" графеновых транзисторов, которые могут работать в тысячи раз быстрее, чем их кремниевые конкуренты, и при этом потребляют в сто раз меньше энергии, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
"Для дальнейшего развития цивилизации нам нужны все более быстрые компьютеры, способные просчитывать новейшие климатические модели, симуляции космического пространства и проводить все более сложные экономические расчеты. Кремниевые технологии давно достигли своего предела, и мы больше не можем опираться на них", - рассказывает Райан Гельфанд (Ryan Gelfand) из университета Центральной Флориды в Орландо (США).
С момента открытия графена в 2004 году российско-британскими физиками Андреем Геймом и Константином Новоселовым, ученые пытаются приспособить этот материал для создания электроники. Однотипные проблемы - высокие токи утечки, сложности в работе с графеном и проблемы при нанесении подложки-изолятора мешают физикам создать транзисторы, приспособленные для промышленного производства.
Эти проблемы, как показывают опыты самих нобелевских лауреатов и их российских коллег, можно преодолеть, сочетая графен с "настоящими" полупроводниками или объединяя листы графена в многослойные конструкции, однако в таком виде многие плюсы графена становятся менее впечатляющими, чем они выглядели в момент открытия этого материала. Поэтому сегодня ученые все чаще обращают внимание на другие "двухмерные" материалы, изначально являющиеся полупроводниками - дисульфид молибдена, нитрид бора и другие сложные соединения.
Гельфанд и его коллеги предлагают использовать графен для создания не обычных транзисторов, а их "магнитных" аналогов, в которых движением электронов управляют магнитные, а не электрические поля.
Работа подобных транзисторов, как объясняют ученые, обеспечивается одним из необычных свойств графена - электричество начинает течь через него быстрее при приложении магнитного поля, а не медленнее, как для большинства других материалов. Соответственно, меняя напряженность и направление магнитного поля, можно управлять тем, проходит ли ток через графен, что фактически является аналогом того, как работает "обычный" транзистор.
Американские физики очень остроумно подошли к реализации этой идеи - они создали графеновый транзистор, не используя, собственно, сам графен. Он представляет собой набор из трех углеродных нанотрубок - одной дефектной, с частичным "разрывом" посередине, что делает ее эквивалентом узкой полоски из графена, и двух нормальных нитей, играющих роль источника магнитных полей.
Ток в таком транзисторе, если напряжение в двух контролирующих нанотрубках остается на постоянном уровне, может течь только в одном направлении, и его сила будет зависеть от того, как много тока пропускается через боковые углеродные нити. Соответственно, понижая или повышая его силу, ученые могут закрывать или открывать "затвор" транзистора. Более того, меняя силу тока в каждой из трубок по отдельности, можно заставить один такой транзистор исполнять некоторые логические функции, что заметно уменьшает сложность устройства микросхем.
Главным плюсом этих транзисторов, помимо сверхвысокой скорости их переключения - они могут работать на частоте в два терагерц, является то, что их можно соединять друг с другом напрямую, что выгодно отличает их от других типов графеновой электроники. По словам Гельфанда, это позволяет создавать аналоги полупроводниковых логических схем из нанотрубок и графена уже сейчас.
Главным недостатком этого "магнитного" транзистора пока является то, что он работает при сверхнизких температурах - не более 70 градусов Кельвина (минус 203 градуса Цельсия). Как отмечает физик, эта проблема является решаемой, и уже сегодня существуют способы заставить графен вести себя таким образом и при комнатной температуре.
