خبر

 

گرافین، رقیب اصلی سیلیکون، گامی دیگر در جهت جایگزین شدن به عنوان پایه ای برای محاسبات به جلو برداشته است.

 

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران و به نقل از نیو ساینتیست، ترانزیستورهای با ضخامت یک اتم و پهنای ده اتم توسط پژوهشگران بریتانیایی ساخته شده اند. عده ای پیش بینی کرده بودند که ترانزیستورهای مذکور که از مشتقات گرافین بودند روزی جای سیلیکون را به عنوان پایه ی محاسبات آینده بگیرد.

 

به مدت چهل سال، یک قانون کلی به نام قانون مور بر محاسبات حکمفرما بوده است. این قانون پیش بینی می کند که تقریباً هر دو سال، تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده روی تراشه ها دو برابر خواهد شد.

 

با این وجود، سیلیکون که تا به حال پا به پای قانون مور آمده است، در ابعاد زیر ده نانومتر ساختارهای پایداری ندارد. جدیدترین تراشه های امروز تنها چهل و پنج نانومتر ابعاد دارند. بنابراین وجود جایگزینی برای سیلیکون احساس می شود.

 

گرافین ماده ای است که از ورقه های مسطح کربن ساخته می شود و آرایش آن مثل لانه ی زنبور می باشد. این ماده در حال حاضر اصلی ترین رقیب سیلیکون به شمار می رود. به تازگی، تیمی در دانشگاه منچستر از گرافین برای ساخت کوچک ترین ترانزیستورهای جهان استفاده کرده اند. ترانزیستورهایی که ابعادشان تنها یک نانومتر می باشد و متشکل از حلقه های کربنی اندکی است.

 

ترانزیستورهای گرافینی قبلی خیلی بزرگ تر بودند. ابعاد آن ها ده نانومتر بود.

 

ابعاد کوچک

 

کوستیا نووسلف که به همراه همکارش اندری گیم توانستند در سال 2004 گرافین را کشف کنند، گفت: "یک سؤال بزرگ این بوده است که از چه ماده ای برای ساخت ترانزیستورهای کوچک تر استفاده شود. در حال حاضر ترانزیستور گرافینی یکی از کوچک ترین ترانزیستورهاست."

 

پیوندهای کربن - کربن گرافین جزء قوی ترین پیوندها در طبیعت است. مطابق شکل، ساختار گرافین که شبیه لانه ی زنبور است به الکترون ها اجازه می دهد که با سرعت زیادی حرکت کنند.

 

هنوز ساخت ترانزیستورهای گرافینی دشوار هستند. گرافین، معمولاً آن رسانایی قابل کنترل که ترانزیستورها نیاز دارند تا جریان الکتریکی را کنترل کنند، ندارد.

 

نووسلف و همکارانش دریافتند که «نقطه های کوانتومی» کوچک مشتق شده از گرافین می توانند خاصیت فوق الذکر را در بر داشته باشند. این نقطه های کوانتومی که ابعادشان تنها چند نانومتر می باشد به خاطر اثرات کوانتومی، الکترون ها را به دام می اندازد. به همین دلیل، استفاده از نقطه های کوانتومی در چنین ابعادی، دارای مزیت و برتری است.

 

ترانزیستور ریز

 

اعمال یک میدان مغناطیسی به کوچک ترین نقطه های کوانتومی، اجازه ی عبور دوباره ی جریان را می دهد و یک ترانزیستور قابل کنترل را می سازد. کوچک ترین نقطه های کوانتومی که مانند ترانزیستورها کار می کنند، تنها پنج حلقه ی کربنی دارند یعنی شامل حدود ده اتم یا یک نانومتر پهنا می باشند.

 

به گفته ی نووسلف، انواع دیگر ترانزیستورهای آزمایشی در محدوده ی این ابعاد وجود دارند که معمولاً آن ها را باید با گاز مایع بسیار سرد کرد. ابزارهای گرافینی جدید در دمای اتاق کار می کنند.

 

نووسلف افزود: "این ترانزیستورهای آزمایشی معمولاً با درست کردن یک اتم در یک لحظه از زمان، یا اتصال مولکول های تنها به یکدیگر، ساخته می شوند. این روش ها پیچیده و غیر عملی می باشند."

 

در مقابل، ترانزیستورهای گرافینی با همان روشی که ابزارهای سیلیکونی ساخته می شوند، ساخته شدند. این ترازیستورها از قطعات بزرگ تر گرافین مشتق شده اند. نووسلف می گوید: "این یک مزیت بزرگ آن هاست."

 

نتایج شگفت انگیز

 

انتونیو کاسترو نتو از دانشگاه بوستون امریکا می گوید: "شگفت انگیزترین نتیجه برای من این است که آن ها قادرند به نقطه های کوانتومی به کوچکی یک نانومتر تبدیل شوند. این واقعاً باعث تحیر است. اگر شما تلاش کنید تا ابعاد هر ساختار دیگری را کاهش دهید، قبل از این که به ابعاد کوچک تر دست پیدا کنید، ساختارش متلاشی می شود."

 

وی افزود: "من شکی ندارم که این ساختارها می توانند برای کاربردهای فنی استفاده شوند. انعطاف پذیری الکترونیکی و پایداری ساختاری ترانزیستورهای گرافینی که پایه ی پیشرفت دیوایس های امروزی هستند، در هیچ یک از سایر مواد روی زمین وجود ندارند. ولی هنوز ساخت ابزارهای گرافینی با ابعاد عملی به عنوان یک چالش باقی است."

 

• ژورنال مرجع: ساینسفیبرهای زیر

 

|+|