Grafeno varžovas fosforenas – apsigimęs tranzistorius

Fosforenas – panašios struktūros, kaip ir anglinis grafenas, bet sudarytas iš fosforo atomų – yra natūralus puslaidininkis, tad gali geriau tikti naujos kartos kompiuterių turbinimui. Naujoji medžiaga jau buvo panaudota paprasčiausių tranzistorių gamybai.

Atrastas prieš 10 metų, grafenas yra vos kelių atomų storio grynos anglies forma. Dėl tokio plonumo elektronai peršoka jį daug greičiau, nei per silicį, dabartinių kompiuterių lustų medžiagą. Tad tikimasi, kad grafeno lustai galėtų pakeisti silicio, taip labai paspartindami kompiuterius.

Bet grafenas turi svarbų apribojimą, sako Peide Ye iš Purdue universiteto West Lafayette'e, Indianoje. Jis elektrą praleidžia šiek tiek per gerai.

Lipni juosta

Tuo tarpu silicis yra puslaidininkis, o tai reiškia, kad jį galima priversti praleisti elektrą, arba nutraukti jos tekėjimą. Tokio perjungimo galimybė yra pagrindinė tranzistorių savybė ir dėl jos įmanoma kompiuterių lustuose naudoti dvejetainę logiką. „Dėl to nemanau, kad grafenas galėtų iš tiesų varžytis su siliciu integriniuose grandynuose,“ sako Ye.

Pasveikinkite fosforeną, kuris yra ultraplonas, kaip ir grafenas, tačiau sudarytas iš fosforo atomų. Visų svarbiausia, kad jis, kaip ir silicis, yra natūralus puslaidininkis. Ye, daug metų studijavęs grafeną, atrado šią medžiagą pasinaudojęs vidine informacija. „Vienas mano kolega paminėjo, kad yra fosforo forma, vadinamasis juodasis fosforas, kurio struktūra gali būti sluoksninė,“ prisimena jis. „Kai pažiūrėjau jo savybes Vikipedijoje, maždaug per pusvalandį supratau, kad jis turi potencialą.“

Ye su kolegomis atrado, kad kelių atomų storio sluoksnių atskyrimui nuo juodojo fosforo kristalų jie gali naudoti paprasčiausią lipnią juostą. Ta pati pagarsėjusi technika buvo naudojama grafeno sluoksnių atskyrimui nuo grafito luitų – medžiagos, naudojamos pieštukų šerdelių gamybai. „Vadiname tai Scotch juostelės technika – ji labai nesudėtinga,“ sako Ye.

Tyrėjai jau sukūrė paprastus tranzistorius iš plonų fosforeno sluoksnių, ir parodė, kad jie gali būti integruoti su kitomis dvimatėmis medžiagomis ir siliciu.

Savižudiška tyla

Atrodo, fosforenas įgauna momentą. Darbą su fosforeno tranzistoriais jau atliko Yuanbo Zhang su kolegomis iš Fudano universiteto Šanchajuje, Kinijoje.

Sankar Das Sarma iš Marylando universiteto College Parke sako, kad fosforeno natūralios puslaidininkinės savybės suteikia jam pranašumą prieš grafeną. „Su grafenu to lengvai padaryti neina.“

Ar fosforenas varžysis su siliciu, dar neaišku, ypač dėl to, kad nėra aišku, kaip galima patikimai pagaminti didesnius lakštus, kurių reikėtų prietaisų gamybai. „Akivaizdu, technologija negali remtis lipnia juosta,“ sako Das Sarma.

Fosforenas turi pranašumų prieš kitas konkuruojančias plonasluoksnes medžiagas. Pavyzdžiui, iš superplonų silicio sluoksnių susidedantis silicenas yra puslaidininkis, kaip ir fosforenas ir teoriškai galėtų elektrą galėtų praleisti itin gerai, kaip grafenas. Bet jį pagaminti sunkiau, nei fosforeną ar grafeną. Neina paprasčiausiai nulupti jo sluoksnio nuo silicio gabalo – ir jis linkęs savaime suirti.

Stanenas yra siūloma ultraplona medžiaga iš alavo atomų, kurios savybės turtėtų būti panašios į grafeno, bet kol kas ji egzistuoja tik simuliacijoje.

Šaltinio nuoroda: arxiv.org/abs/1401.4133

Colin Barras
New Scientist