Mikroprocessorer baseret på atomtynde materialer lover løfte om udvikling af traditionelle processorer

To-dimensionelle materialer, eller 2D -materialer for kort, er ekstremt alsidige, selvom - eller ofte mere præcist fordi - de består af kun et eller et par lag atomer. Graphene er det mest kendte 2D-materiale. Molybdendisulfid (et lag bestående af molybdæn- og svovlatomer, der er tre-atomer tykt) falder også ind i denne kategori, Selvom, i modsætning til grafen, den har halvlederegenskaber. Med sit hold, Dr. Thomas Mueller fra Photonics Institute ved TU Wien forsker i 2D -materialer, betragter dem som et lovende alternativ til den fremtidige produktion af mikroprocessorer og andre integrerede kredsløb.

Det hele og summen af ​​dets dele

Mikroprocessorer er en uundværlig og allestedsnærværende komponent i den moderne verden. Uden deres fortsatte udvikling, mange af de ting, vi tager for givet i disse dage, såsom computere, mobiltelefoner og internet, slet ikke ville være muligt. Imidlertid, mens silicium altid har været brugt til fremstilling af mikroprocessorer, den nærmer sig nu langsomt men sikkert sine fysiske grænser. 2D materialer, herunder molybdendisulfid, viser løfte som potentielle erstatninger.

Selvom forskning i individuelle transistorer - de mest grundlæggende komponenter i alle digitale kredsløb - fremstillet af 2D -materialer har været i gang siden grafen først blev opdaget tilbage i 2004, succes med at skabe mere komplekse strukturer har været meget begrænset. Til dato, det har kun været muligt at producere individuelle digitale komponenter ved hjælp af få transistorer. For at opnå en mikroprocessor, der fungerer uafhængigt, imidlertid, der kræves meget mere komplekse kredsløb, som, derudover også nødt til at interagere fejlfrit.

Thomas Mueller og hans team har nu formået at opnå dette for første gang. Resultatet er en 1-bit mikroprocessor bestående af 115 transistorer over et overfladeareal på omkring 0,6 mm2, der kan køre enkle programmer.

"Selvom, dette virker naturligvis beskedent sammenlignet med branchens standarder baseret på silicium, dette er stadig et stort gennembrud inden for dette forskningsområde. Nu hvor vi har et bevis på konceptet, i princippet er der ingen grund til, at der ikke kan foretages yderligere udvikling, "siger Stefan Wachter, en doktorand i Dr. Muellers forskningsgruppe. Imidlertid, det var ikke kun materialevalget, der resulterede i forskningsprojektets succes. "Vi overvejede også omhyggeligt dimensionerne af de enkelte transistorer, "forklarer Mueller." De nøjagtige forhold mellem transistorgeometrier inden for en grundlæggende kredsløbskomponent er en kritisk faktor for at kunne oprette og kaskade mere komplekse enheder. "

Fremtidsudsigter

Det siger sig selv, at meget mere kraftfulde og komplekse kredsløb med tusinder eller endda millioner af transistorer vil være nødvendige for at denne teknologi kan have en praktisk anvendelse. Reproducerbarhed er fortsat en af ​​de største udfordringer inden for dette forskningsområde sammen med udbyttet i produktionen af ​​de anvendte transistorer. Trods alt, både produktionen af ​​2D -materialer i første omgang såvel som metoderne til yderligere behandling af dem er stadig i de meget tidlige stadier.

"Da vores kredsløb mere eller mindre blev lavet i hånden i laboratoriet, sådanne komplekse designs ligger naturligvis stort set uden for vores kapacitet. Hver eneste af transistorerne skal fungere som planlagt, for at processoren kan fungere som en helhed, "forklarer Mueller, understreger de enorme krav, der stilles til state-of-the-art elektronik.

Imidlertid, forskerne er overbeviste om, at industrielle metoder kunne åbne op for nye anvendelsesområder for denne teknologi i løbet af de næste par år. Et sådant eksempel kan være fleksibel elektronik, som er nødvendige for medicinske sensorer og fleksible displays. I dette tilfælde, 2D -materialer er meget mere egnede end silicium traditionelt brugt på grund af deres betydeligt større mekaniske fleksibilitet.