Pirmasis pasaulyje grafeno puslaidininkis galės būti naudojamas ateities kvantiniuose kompiuteriuose

Naujoji puslaidininkinė medžiaga, pagaminta iš epitaksinio grafeno (tam tikros kristalinės struktūros anglies, chemiškai sujungtos su silicio karbidu), pasižymi didesniu judrumu nei silicis, t. y. elektronai juda su mažesniu pasipriešinimu. Tokiu būdu pagaminti tranzistoriai gali veikti terahercų dažniu – 10 kartų greičiau nei dabar naudojamuose lustuose naudojami silicio tranzistoriai, – rašoma sausio 3 d. žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime.

Puslaidininkiai turi ir laidininkų, ir izoliatorių savybių. Esant tinkamam temperatūros diapazonui, elektronai juda per puslaidininkinę medžiagą – tačiau tik tada, jei ji paveikiama tam tikru energijos kiekiu.

Beveik kiekviename luste naudojamas puslaidininkis, pagamintas iš silicio, tačiau ši medžiaga pasiekia savo galimybių ribas, sako pagrindinis tyrimo autorius, Džordžijos technologijos instituto (JAV) profesorius Waltas de Heeras. Šios ribos apima didžiausią greitį, kuriuo tranzistoriai gali „persijungti“ iš vienos padėties į kitą, šilumą, kurią jie išskiria dėl varžos, ir mažiausią dydį, kurį žmonės gali pagaminti.

Tai reiškia, kad sparti pažanga, kurią matėme per visą kompiuterijos istoriją, pradeda lėtėti.

Tuo tarpu grafenas yra pagamintas iš vieno sluoksnio anglies atomų, tvirtai sujungtų šešiakampėje gardelėje, ir yra geresnis laidininkas nei silicis, t. y. elektronai šia medžiaga juda su mažesniu pasipriešinimu.

Nepaisant palankių grafeno savybių, jis niekada nebuvo panaudotas elektronikoje – nes neturi „juostinio tarpo“, t. y. mažiausio energijos kiekio, reikalingo elektronams judėti, kai į jį nukreipiamas elektrinis laukas. Dėl juostinių tarpų tranzistoriai gali įsijungti ir išsijungti.

Kad grafenas veiktų kaip veikiantis tranzistorius, jis turi būti kaip nors apdorotas, tačiau anksčiau tai pakenkdavo jo savybėms, sako W. de Heeras.

Tačiau tyrėjai šį iššūkį išsprendė sujungdami grafeną su silicio karbidu, tam panaudodami specialias krosnis ir specialų kaitinimo bei aušinimo procesą. Į grafeną įterpdami atomus, kurie sistemai „dovanoja“ elektronus (tai vadinama dopingu) jie sukūrė funkcinį grafeno puslaidininkį su juostiniu tarpu.

Tai ne tik pirmasis veikiantis grafeno pagrindu pagamintas puslaidininkis, bet ir galimybė jį integruoti į esamus gamybos procesus. Perėjimas nuo silicio plokštelių gamybos prie silicio karbido plokštelių, naudojamų epitaksiniam grafenui gaminti, yra „visai įmanomas“, teigia W. de Heeras.

Grafeno pagrindu pagamintus puslaidininkius ateityje taip pat būtų galima panaudoti kvantiniuose kompiuteriuose, rašoma mokslininkų tyrime.

„Kaip ir šviesa, grafeno elektronai pasižymi kvantinės mechanikos banginėmis savybėmis, kuriomis galima naudotis prietaisuose, ypač esant labai žemoms temperatūroms“, – sako W. de Heeras.

Šią sritį mokslininkai tikisi ištirti vėlesniuose tyrimuose, tačiau W. de Heeras teigia, kad dar neaišku, ar grafeno pagrindu pagaminti puslaidininkiai gali veikti geriau nei dabartinė superlaidumo technologija, kuri naudojama pažangiausiuose kvantiniuose kompiuteriuose.

Parengta pagal „Live Science“.