?第一塊石墨烯半導體向超高速計算機邁進了一步

第一塊石墨烯半導體，向超高速計算機邁進了一步。2013年12月20日，沃茲米茲·斯特魯賓斯基博士在位于波蘭華沙的電子材料技術研究所（ITME）的實驗室展示了石墨烯樣品。沃茲米茲·斯特魯賓斯基博士發(fā)明了一種基于外延生長的新方法來生產石墨烯。ITME的波蘭科學家開發(fā)了生產低成本石墨烯和接收最高質量材料的專利技術。波蘭于2013年12月18日開始制造石墨烯基產品，這是一種超強、柔韌的材料，有可能用于下一代半導體和顯示器。

2013年12月20日，基于外延生長法生產石墨烯的新方法的發(fā)明者Wlodzimierz Strupinski博士在位于波蘭華沙的電子材料技術研究所（ITME）的實驗室展示了石墨烯樣品。ITME的波蘭科學家開發(fā)了生產低成本石墨烯和接收最高質量材料的專利技術。波蘭于2013年12月18日開始生產石墨烯基產品，這是一種超強、柔韌的材料，有可能用于下一代半導體和顯示器。

科學家在電子學方面取得了突破，創(chuàng)造了世界上第一個由石墨烯制成的功能性半導體，石墨烯是一種以堅固、柔軟、輕便和高電阻而聞名的材料。

他們的發(fā)現(xiàn)是在硅即將達到極限的時候出現(xiàn)的，硅是幾乎所有現(xiàn)代電子產品制造所用的材料。

科學家一直在競相開發(fā)石墨烯半導體，因為與硅相比，它們具有更快的速度和更高的能效。

該研究于1月3日在《自然》雜志上發(fā)表，展示了一種適用于納米電子學的功能性石墨烯半導體。

作者表示，這一發(fā)現(xiàn)可能標志著邁向下一代計算的重要一步，并為構建電子設備的新方法打開了大門。

美國佐治亞理工學院的首席作者沃爾特·德希爾在新聞發(fā)布會上說：“我們不知道這將在哪里結束，但我們知道我們正在為電子產品的重大范式轉變打開大門。石墨烯是下一步。誰知道下一步是什么，但石墨烯很有可能接管成為未來五十年的范式?！?/p>

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硅半導體正在達到極限

像手機或筆記本電腦中的芯片這樣的經典計算機使用流過硅開關的電流來表示1和0，也稱為比特。

英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究所材料學教授莎拉·黑格表示：“半導體是讓所有計算機正常工作的關鍵。它們允許我們制造可以打開和關閉以允許電流流動的微型開關。正是這種流經電路的電流使計算機能夠進行計算?！?/p>

我們每次使用信用卡、啟動汽車、打開公共汽車和火車上的門，當然還有使用智能手機或筆記本電腦時，都會使用硅半導體。

但硅半導體有其局限性，這促使科學家們尋找一種新材料。

“硅電子設備需要相當大的功率和能量，包括在能量以熱量形式釋放時冷卻電子設備所需的能量，”黑格告訴德國之聲。

石墨烯：神奇材料

石墨烯是一種單層碳原子，是一種由已知最強化學鍵結合在一起的二維材料。這些碳原子排列成棋盤狀六邊形，很像蜂巢。

石墨烯是一種非常堅固的材料，比鋼強大約200倍。它非常堅固，只要一層石墨烯原子層，你就可以舉起一個足球。

石墨烯還具有令人難以置信的靈活性，使其非常適合用于電子設備和電池，甚至可以印刷在玻璃、塑料或織物上。

但最令科學家興奮的是，它有可能被用作更快、更節(jié)能的半導體。

“石墨烯可以保持其優(yōu)異的傳導速度和電子傳導效率，而不需要大量能量，這為它用于制造‘超越硅’的電子產品提供了巨大的潛力，在這種電子產品中，計算機運行速度更快，能耗更低，”黑格說。

首個石墨烯超導體

石墨烯有重大缺陷，阻礙了它在電子領域的應用。一個主要問題被稱為“帶隙問題”。

“十多年來，該領域的科學家一直在努力實現(xiàn)石墨烯在電子電路中的優(yōu)異導電性，”Haigh說。

帶隙是一種至關重要的電子特性，它允許半導體打開和關閉。石墨烯直到現(xiàn)在才具有帶隙。

德希爾的團隊想出了如何在特殊的碳化硅芯片上生長石墨烯。這項研究花了十年時間，團隊不斷改進材料并改變石墨烯的化學性質，直到他們實現(xiàn)了完美的結構。

最后，石墨烯表現(xiàn)得像一種可以與硅相媲美的優(yōu)質半導體。

德希爾說：“石墨烯的好處在于，它不僅能讓你制造更小、更快、散熱更少的東西，而且你實際上是在利用硅無法獲得的電子特性。所以這真的是一種范式的轉變——這是一種不同的電子制造方式?！?/p>

更快、更節(jié)能的電子產品

專家表示，這項創(chuàng)新對電子行業(yè)具有巨大的潛力。一方面，它可以讓我們創(chuàng)造出更強大的新型石墨烯半導體，但比硅半導體消耗的能量更少。

黑格表示：“石墨烯電子設備更高效，因為它們需要更少的能量來開啟和關閉。它們還允許電子流動，而不會產生大量不需要的熱量，這些熱量必須用風扇冷卻（需要能量）。”

“這意味著手機可以持續(xù)使用數(shù)周而不會耗盡電池，減少我們生活中各個方面的能源消耗，降低成本和化石燃料的污染，”黑格補充道。

德希爾表示，他的發(fā)現(xiàn)可能會改變電子產品的未來。

首先，新的石墨烯超導體可以加速量子計算技術的發(fā)展。

量子計算機可以在幾秒鐘內解決普通超級計算機需要數(shù)千年才能解決的問題，但它們仍在開發(fā)中。

專家表示，石墨烯半導體可以幫助克服制造量子計算機的許多挑戰(zhàn)。