Революция в електрониката: Създадоха първия в света полупроводник от графен

И зследователи от Джорджийския технологичен институт, САЩ, са създали първия в света функционален полупроводник, направен от графен - единичен лист от въглеродни атоми, задържани заедно от най-здравите познати връзки, съобщи Юрикалърт.

Полупроводниците - материали, които провеждат електричество при определени условия, са основни компоненти на електронните устройства. Пробивът на екипа отваря вратата към нов начин за правене на електроника.

Технологията може да позволи създаването на по-малки и по-бързи устройства и може да намери приложение в квантовите изчисления.

Researchers in @GTPhysics have created the world’s first functional graphene semiconductor. The team’s breakthrough published in @Nature throws open the door to a new way of doing electronics. https://t.co/CMQDdCsShz pic.twitter.com/QvIkGLRExw

— Georgia Tech Research (@GTResearchNews) January 3, 2024

Откритието им идва в момент, когато силицият - материалът, от който се произвежда почти цялата съвременна електроника, достига своя предел на фона на все по-бързите изчисления и все по-малките електронни устройства. 

Учените от екипа под ръководството на Валтер де Хеер, професор по физика в Джорджийския технологичен институт, съвместно с колеги, базирани в Китай, са работили над създаването на графенов полупроводник, който е съвместим с конвенционалните методи за обработка на микроелектроника - необходимост за всяка жизнеспособна алтернатива на силиция.

Де Хеер и екипът му преодоляват главното препятствие, което от десетилетия тегне над изследванията на графена и заради което мнозина смятат, че графеновата електроника никога няма да проработи. Известната като "забранена зона", забранена лента или енергийна празнина е изключително важно електронно свойство, което позволява на полупроводниците да се включват и изключват. Графенът не е имал "забранена зона" - досега. 

В настоящото изследване, публикувано в сп. "Нейчър", авторите пишат, че вече разполагат с  с изключително здрав графенов полупроводник с 10 пъти по-голяма подвижност от силиция, който освен това има уникални свойства, каквито силицият не притежава.

Researchers create first functional #semiconductor made from #graphene https://t.co/MxyzdSoCTk #ces #ces2023 pic.twitter.com/MFmq6Bkt9b

— 🇺🇦Evan Kirstel #B2B #TechFluencer (@EvanKirstel) January 4, 2024

Де Хеер казва, че през последните 10 години историята на работата им се е състояла в това: "Можем ли да направим този материал достатъчно добър, за да работи?

В продължение на десетилетие учените усъвършенстват материала.

В естествената си форма графенът не е нито полупроводник, нито метал, а полуметал. "Забранената зона" дава възможност полупроводникът да се включва и изключва, когато към него се приложи електрическо поле - така работят всички транзистори и силициева електроника. Основният въпрос в изследванията на графеновата електроника е как материалът да се включва и изключва, за да може да работи като силиция.

Продуктът на екипа понастоящем е единственият двуизмерен полупроводник,  притежаващ всички необходими свойства за използване в наноелектрониката, а електрическите му свойства са много по-добри от тези на всички други двуизмерни полупроводници, които се разработват в момента.   

Дългогодишният проблем в графеновата електроника е, че графенът няма правилната "забранена зона" и не може да се включва и изключва в правилното съотношение, обясняват учените. През годините мнозина са се опитвали да решат проблема с различни методи. Новата технология постига "забранена зона" и е решаваща стъпка в реализирането на графенова електроника.

Collaborative review unveils the potential of graphene in advancing nitride semiconductor technologyhttps://t.co/Vh7EdJNzAp#graphene pic.twitter.com/9K7fCdG2tN

— The Graphene Council (@GrapheneCouncil) January 4, 2024

Според де Хеер не е необичайно да станем свидетели на още едно поколение електроника. Преди силиция е имало вакуумни тръби, а преди това - жици и телеграфи. Силицият е една от многото стъпки в историята на електрониката, а графенът може да бъде следващата.

"За мен това е нещо като момента на братя Райт. Те конструират самолет, който можеше да лети на 90 метра във въздуха. Скептиците обаче задават въпроса защо светът ще се нуждае от полети, след като вече има бързи влакове и лодки. Те обаче проявяват упорство и това е началото на технология, способна да преведе хората през океаните", казва Де Хеер.