Om du följer många tekniska kretsar kan du ha sett grafen (ett supertunt lager av kol anordnat på ett sådant sätt att det har elektriska egenskaper som går på mirakulösa ) komma upp i nyheterna ganska och mottaga plaudits om dess massivt flytande elektrisk ledningsförmåga och möjliga tillämpningar i flera olika tekniker. Vad du inte hört mycket av är den fula delen av grafen: Det är omöjligt att bygga halvledartransistorer ur materialet som det står nu eftersom det inte finns någon elektrisk bandgap att tala om. Om det låter förvirrande, det är okej. Det är vad denna artikel är för!

Bandgap? Vad är det?

En bandgap är ett litet mellanslag mellan ett ledningsband och ett valensband som berättar på vilken nivå strömmen faktiskt kommer att strömma mellan de två. Det är som en liten gatekeeper som håller en elektrisk laddning i ett utrymme tills den är "avstängd". Praktiskt taget alla chips på datorer är gjorda av ett halvledarmaterial vilket innebär att det har ett måttligt bandgap som gör att den varken utför el så lätt eller avvisa varje elektrisk laddning. Detta har att göra med grundläggande molekylär struktur, så det finns en hel del kemi involverad i att bygga en chip.

Mycket stora bandgap finns i material som gummi som motstår elektriska strömmar så mycket att det hellre skulle fånga eld än att behålla laddningen. Därför använder du gummi för att isolera trådarna inuti kablarna. Material med en försumbar bandgap är kända som ledare, medan de med nästan ingen bandgap alls är kända som superledare .

Idag är de flesta chips gjorda av kisel, vilket fungerar som en väldigt robust och pålitlig halvledare. Kom ihåg att vi behöver halvledare som snabbt kan slås på och av med viljan, inte superledare, vilket kommer att förlora laddningen de fick när bandet inte längre levererar det.

Varför är grafen inte bra för att bygga chips?

Som jag nämnde tidigare är grafen en extremt effektiv ledare av elektricitet men inte mycket mer än det. Det kan driva en laddning med en otrolig hastighet, men den kan inte behålla den. I ett binärt system kan du behöva behålla data så att dina körprogram inte bara stänger det ögonblick de öppnar. Det är viktigt i ett RAM-chip, till exempel för att säkerställa att data inuti den kan stanna och fortsätt att läsas under överskådlig framtid. När en transistor är i "på" -läget registrerar den en "1." I ett "off" -tillstånd registrerar det en "0." En superledare skulle inte kunna stänga av eftersom skillnaden mellan "på" och " "Off" -spänning är så liten (på grund av det lilla bandgapet jag nämnde tidigare).

Det är inte att säga att grafen inte skulle ha en plats i en modern dator. Det kan verkligen användas för att snabbt leverera information från en punkt till en annan. Om vi ​​kompletteras med annan teknik kan vi eventuellt se grafen som används i transistorer vid någon tidpunkt i framtiden. Huruvida det skulle vara en effektiv kapitalinvestering är upp till branschen att bestämma.

Det finns ett annat material!

Ett av problemen med kisel är dess flexibilitet vid arbete på ultratunna ytor. En bit av kisel kan bara rakas så tunn för att den ska fungera. Det var därför vi undersökte användningen av grafen i första hand (det är en enda atom tjock). Eftersom grafen inte kan visa sig lovande utan att investera truckloads pengar till sin utveckling, började forskarna försöka andra material, varav en är titantriisulfid (TiS3) . Materialet har inte bara förmågan att fungera även vid tjockleken på en enda molekyl, men den har också ett bandgap som är mycket lik det för kisel.

Konsekvenserna av detta är vidsträckta för miniatyrteknologiprodukter som packar en stor mängd hårdvara i en mycket begränsad mängd utrymme. Tunnare material kommer också att släppa ut värmen mer effektivt, vilket gör dem gynnsamma för stora el-hungriga datorer.

Det är nu din tur att dela med dig av din insats i strävan att ersätta kisel. Lämna en kommentar nedan med dina tankar!