Naukowcy z Penn State University dokonali przełomu w dziedzinie elektroniki, tworząc pierwszy prosty komputer oparty na materiałach dwuwymiarowych – niezwykle cienkich strukturach o grubości zaledwie jednego atomu. To osiągnięcie otwiera drogę do projektowania znacznie cieńszych, szybszych i bardziej energooszczędnych urządzeń elektronicznych, które w przyszłości mogą zastąpić wszechobecną technologię krzemową.
Pożegnanie z krzemem?
Obecnie krzemowe półprzewodniki stanowią fundament niemal wszystkich urządzeń elektronicznych. Jednak, jak podkreśla profesor Saptarshi Das, autor badania opublikowanego w „Nature”, krzem, mimo dekad postępu i miniaturyzacji tranzystorów, zaczyna osiągać swoje granice. Gdy elementy krzemowe stają się coraz mniejsze, ich wydajność spada.
W odpowiedzi na te wyzwania, zespół z Penn State University zbudował komputer wykorzystujący technologię CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), która jest podstawą większości współczesnych układów elektronicznych. Kluczową innowacją jest jednak rezygnacja z krzemu na rzecz dwóch różnych materiałów dwuwymiarowych: dwusiarczku molibdenu i diselenku wolframu. Z tych materiałów stworzono oba typy tranzystorów niezbędnych do kontrolowania przepływu prądu w układach CMOS.
Profesor Saptarshi Das tłumaczy:
Materiały dwuwymiarowe zachowują swoje wyjątkowe właściwości elektroniczne nawet przy grubości jednego atomu, co czyni je obiecującym kierunkiem rozwoju.
Wcześniejsze próby budowy złożonych, funkcjonalnych komputerów z tych materiałów napotykały trudności w ich skalowaniu. Jednak naukowcom udało się to przez zastosowanie techniki osadzenia z fazy gazowej z użyciem związków metaloorganicznych. Proces ten pozwolił na wytworzenie dużych arkuszy dwusiarczku molibdenu i diselenku wolframu, co umożliwiło stworzenie ponad 1000 tranzystorów każdego typu.
Subir Ghosh, jeden z badaczy dodal:
Nasz komputer CMOS oparty na materiałach 2D działa przy niskim napięciu zasilania, zużywa minimalną ilość energii i potrafi wykonywać proste operacje logiczne z częstotliwością do 25 kHz.
Choć naukowcy podkreślają, że niezbędne są dalsze prace nad rozwojem tej technologii, aby mogła znaleźć szersze zastosowanie, są optymistami co do jej tempa rozwoju. Profesor Das zauważa, że technologia krzemowa ewoluowała przez około 80 lat, natomiast badania nad materiałami 2D rozpoczęły się dopiero około 2010 roku. Ten pionierski eksperyment otwiera ekscytujące perspektywy dla przyszłości elektroniki, obiecując urządzenia o niespotykanej dotąd miniaturyzacji i efektywności energetycznej.
