هل يمكن أن يكون الفسفور الأسود هو مستقبل الرقائق الدقيقة؟

الإعلانات

لطالما اعتبر الجرافين مستقبل معالجات الكمبيوتر والإلكترونيات. ومع ذلك ، على مدى العامين الماضيين ، ظهرت بعض المواد الكريستالية ذات البعدين الرائعة. أحد المنافسين الجدد هو الفسفور الأسود. هذا الأسبوع ، توصل فريق بحث كوري إلى كيفية القيام بذلك إنشاء فجوة الفرقة الانضباطي في المادة ، مما يسمح باستخدامه كموصل شبه ، و (يحتمل) استبدال متفوق للسيليكون.

ماذا يعني هذا لأشباه الموصلات و مستقبل الجرافين أحدث تكنولوجيا الكمبيوتر التي يجب أن تراها لتصدقاطلع على بعض أحدث تقنيات الكمبيوتر التي تم إعدادها لتغيير عالم الإلكترونيات وأجهزة الكمبيوتر على مدى السنوات القليلة القادمة. اقرأ أكثر ? هيا نكتشف!

الفسفور الأسود

مثل الجرافين ، يمكن فصل الفسفور الأسود إلى صفائح بسُمك ذرة واحدة. تُعرف هذه الورقة باسم الفسفورين ، ولكن على عكس الجرافين تعمل هذه الطبقات أشباه الموصلات الممتازة التي يمكن تشغيلها وإيقاف تشغيلها بسهولة ، آمل أن تخفض بشكل كبير متطلبات الطاقة لجيل جديد 8 طرق جديدة لا تصدق لتوليد الكهرباءالطاقة البديلة هي أحد الارتفاعات ، ولكن قد لا تعرف جميع الخيارات. فيما يلي بعض الطرق الجديدة الأكثر جنونًا لتوليد الطاقة. اقرأ أكثر

من الترانزستورات فائقة التوصيل. الجرافين موصل للغاية ، لكنه يفتقر إلى فجوة نطاق طبيعية ، وهنا يمكن أن يتدخل الفسفور الأسود.

إنتاج

الفسفور الأسود هو تآزر ثابت للديناميكا الحرارية للعنصر ، الفوسفور. مستقر في درجة حرارة الغرفة ، الفوسفور الأسود ليس مادة "تحدث بشكل طبيعي" ويتم الحصول عليه فقط عن طريق تسخين الفسفور الأبيض تحت ضغط مرتفع للغاية ، حوالي 12000 غلاف جوي. تتميز بلورات الفسفور الأسود الناتجة بطبقات من قرص العسل المجعد المسافة البينية 0.5 نانومتر لن تصدق ذلك: أبحاث داربا المستقبلية في أجهزة الكمبيوتر المتقدمةDARPA هي واحدة من أروع وأسر أجزاء الحكومة الأمريكية. فيما يلي بعض من أكثر مشاريع داربا تقدمًا والتي تعد بتحويل عالم التكنولوجيا. اقرأ أكثر ، ميزة أخرى مشابهة للجرافين.

بمجرد إنشائه ، يصعب تصنيع الفوسفور الأسود بكميات كبيرة عند العرض المحدد. الطريقة التقليدية ، المطبقة أيضًا على مواد ثنائية الأبعاد أخرى ، هي طريقة التقشير الميكانيكي. في هذه العملية البطيئة بشق الأنفس ، قام الباحثون بسحق كمية من الفسفور الأسود إلى مضغوط بودرة ، ثم استخدم شريط لاصق لتقشير الطبقات ببطء حتى ينشئوا طبقة قليلة فقط سميك. وهي محدودة ومحدودة لكل من التصنيع والبحث.

إدراكًا لمدى تقييد هذه الطريقة ، مارك ج. وضع هيرسام ، وهو كيميائي في جامعة نورث وسترن تقنية جديدة باستخدام كيمياء المحاليل لتسريع الإنتاج. يضعون بلورة من الفسفور الأسود ومذيب في الجزء السفلي من أنبوب الموجات فوق الصوتية ، والذي يستخدم طرفًا معدنيًا يهتز بسرعة لتحريك السائل.

يعمل الفعل الصوتي الناتج ، مع المذيب على فصل الفسفور الأسود إلى صفائح سميكة النانومتر المطلوبة ، معلقة داخل السائل. يمكن للباحثين بعد ذلك أن يدوروا هذا "الحبر" على الأسطح ، مما يخلق توزيعًا عشوائيًا لرقائق الفسفور الأسود الرقيق.

في حين أن تقنية الموجات فوق الصوتية تنتج عائدًا أكبر قليلاً ، وهي عملية أسرع ، إلا أن التوزيع العشوائي يمثل مشكلة إلى حد ما. لإنشاء ترانزستورات فعالة حقًا باستخدام باحثي ومهندسي الفوسفور الأسود ، يجب أن يكونوا قادرين على طلاء الأسطح بدقة أكبر بكثير. هذا هو الهدف التالي للباحثين.

فجوة الفرقة

الميزة الرئيسية لجاذبية الفوسفور الأسود هي فجوة النطاق الطبيعية. فجوة النطاق ، أو فجوة الطاقة هي ما يفصل بين المواد الموصلة وأشباه الموصلات. يعمل مثل هذا:

• الجرافين موصل ممتاز ، وهو ما يجعله جذابًا لمعالجات الكمبيوتر. القليل من المقاومة يعني القليل من الحرارة. للأسف ، لا نعرف حتى الآن كيفية تحويلها إلى حالة غير موصلة. لا يمكن إيقاف الترانزستورات الجرافين. بينما قد تكون هناك طرق لحل هذه المشكلة ، لم يقم أحد بتصدعها بعد.
• يعتبر الفسفور الأسود أيضًا موصلًا ممتازًا ، ولكنه يحتوي أيضًا على فجوة طاقة ، مما يعني أن كمية الطاقة التي تمر عبر المادة يمكن تبديلها بين التوصيل والعزل. من خلال تناول الفسفور الأسود ، يمكنك إنشاء الترانزستورات التقليدية بسهولة. يمكنك أيضًا ضبطها لإنتاج سلوكيات محددة حقًا ، مما يسمح بدوائر إلكترونية غريبة.

إنها فجوة النطاق واسعة النطاق التي تملأ علماء المواد كيف يمكن أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد ممكنة في يوم ماكيف تعمل الطباعة الحيوية؟ ما يمكن طباعته؟ وهل ستكون قادرة على طباعة إنسان كامل؟ اقرأ أكثر مع الإثارة. هذا ، إلى جانب الحساسية العالية للصورة الفوسفورية السوداء يمكن أن يشهد أشباه الموصلات المستخدمة في كل شيء من الكشف الكيميائي إلى الدوائر البصرية.

دارات ضوئية

يُشار إلى الفوسفور الأسود أيضًا بأنه أشباه الموصلات ذات "النطاق المباشر". هذه خاصية نادرة ، مما يعني أن المادة يمكنها تحويل الإشارات الكهربائية بفعالية وكفاءة إلى الضوء ، مما يجعلها مرشحًا رئيسيًا للاتصال البصري على الرقاقة. خريج جامعة مينيسوتا قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات ناثان يونغبلود ، الذي بحث عن الفسفور الأسود يعلن عنه في الضوئيات الطبيعة يعتقد:

"من المثير حقًا التفكير في مادة واحدة يمكن استخدامها لإرسال البيانات وتلقيها بصريًا ولا تقتصر على ركيزة معينة أو طول موجة. يمكن أن يكون لهذا إمكانات هائلة للاتصال عالي السرعة بين نوى وحدة المعالجة المركزية التي تمثل حاليًا اختناقًا في صناعة الحوسبة في الوقت الحالي. "

بديل السيليكون؟

في حين أن وادي السيلكون بحاجة إلى إعادة تسمية ، يمكن أن يكون الفسفور الأسود هو المادة التي ستأخذ تصميم المعالج إلى آفاق جديدة. من الناحية المثالية ، سيخفض الفسفور الأسود جهد التشغيل للترانزستورات المغلفة بـ "الحبر" المذكور. سيؤدي ذلك إلى خفض الحرارة يتم إنتاجه أثناء الاستخدام ، مما يسمح بتسجيل المعالجات بشكل أسرع دون ارتفاع درجة الحرارة ، وهي عملية توقفت إلى حد كبير لصالح إضافة المزيد النوى. وهذا من شأنه تعزيز كفاءة الرقاقة ، والأهم من ذلك ، قوة المعالجة الشاملة.

قد يستمر قانون مور بشكل جيد 7nm IBM Chip يضاعف الأداء ، ويثبت قانون مور حتى عام 2018يتلاقى عدد من الحدود المادية الأساسية لوضع حد لتقدم رقائق الكمبيوتر السيليكونية التقليدية. يمكن أن يساعد اختراق جديد جذري على تمديد الحدود أكثر قليلاً. اقرأ أكثر كما خطط له!

ليست الترانزستورات وحدها هي التي يمكن أن تستفيد من الفسفور الأسود. تشمل التطبيقات الأخرى في الإلكترونيات ما يلي: الألواح الشمسية والخلايا الشمسية فعالة. رخيص. مدهش. إليك سبب أهمية الخلايا الشمسية الجديدة التي تعمل بالرشمن المقرر أن تنخفض تكلفة الطاقة الشمسية بشكل كبير بعد فريق من العلماء العاملين في أعلنت جامعة شيفيلد في المملكة المتحدة عن تطوير الخلايا الشمسية باستخدام الرش معالجة. اقرأ أكثر , البطاريات تقنيات البطارية التي ستغير العالمكانت تقنية البطاريات تنمو بشكل أبطأ من التقنيات الأخرى ، وهي الآن عمود الخيمة الطويل في عدد مذهل من الصناعات. ماذا سيكون مستقبل تكنولوجيا البطاريات؟ اقرأ أكثر والمفاتيح وأجهزة الاستشعار والمزيد. ولكن كما هو الحال مع معظم المواد العجيبة ، العمل ، البحث ، و تنفيذ مواد المستوى الذري أجهزة الكمبيوتر الكمومية: نهاية التشفير؟الحوسبة الكمومية كانت فكرة موجودة منذ فترة - تم إدخال الاحتمال النظري في الأصل في عام 1982. على مدى السنوات القليلة الماضية ، كان المجال يقترب من التطبيق العملي. اقرأ أكثر سيستغرق بعض الوقت ، لذلك لا تتوقع جهاز كمبيوتر الكتروضوئي كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر البصرية والكمية؟عصر إكزكال قادم. هل تعلم كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر البصرية والكمية ، وهل ستصبح هذه التقنيات الجديدة مستقبلنا؟ اقرأ أكثر لعب ماين كرافت (مبتدئ) دليل المبتدئين إلى Minecraftإذا كنت متأخرًا عن الحفلة ، فلا تقلق - فهذا الدليل الشامل للمبتدئين قد قمت بتغطيته. اقرأ أكثر في أي وقت قريبا.

هل يجب أن نكون متحمسين؟

نعم بالطبع. نحن نتحدث حرفيا عن المستقبل المحتمل لكل من الحوسبة والاتصالات البصرية. ومع ذلك ، يجب ألا نفرح ونقفز على متن قطار الضجيج الأسود الفوسفور ، لأنها ستكون رحلة قديمة طويلة دون نهاية نهائية في الأفق. المواد المذهلة مثل الفوسفور الأسود ، مثل الجرافين ، مثل موليبدنوم ديسلفيد مبدعة لتغيير المستقبل. ليس بالسرعة التي نرغب بها.

هل أنت متحمس من المواد المستقبلية؟ أم أنها مجرد حفنة من الضجيج؟ اسمحوا لنا أن نعرف ما هو رأيك!

ائتمانات الصورة: مسحوق أسود بواسطة Fablok عبر Shutterstock ، الفوسفور Allotropes, أمبولة الفوسفور الأسود, هيكل الفوسفور, DWave Chip كل ذلك عبر ويكيميديا ​​كومنز ، رقاقة عبر فليكر