Учёные использовали ДНК для формирования графена в транзисторах будущего

графен в транзисторах

Закону Мура предрекают смерть к концу десятилетия, поэтому предстоит срочно найти замену кремниевым транзисторам и процессорам на их основе. До создания квантовых компьютеров по-прежнему далеко, и промежуточным решением могут стать графеновые транзисторы с частотами в сотни гигагерц. Исследователи нашли способ их создания на основе каркаса из нитей ДНК.

Квантовые вычисления всё чаще называются возможными преемниками современных компьютеров, подходящих к границам своего возможного развития, но реальность такова, что они станут в лучшем случае технологией послеследующего поколения. Сейчас экспериментальные квантовые чипы делаются под выполнение определённой математической задачи, и кремниевые процессоры достигнут предела раньше, чем мы сможем купить квантовые процессоры от Intel или AMD. В этом промежутке нам нужно какое-то решение, и одним из вариантов может стать графен. Это материал, который обладает всеми необходимыми способностями для того, чтобы радикально увеличить производительность компьютеров без необходимости изменять основы компьютерной архитектуры.

Разработчикам не придётся ломать головы над загадками квантового мира, и механика графена останется в рамках тех же концепций, которыми оперируют кремниевые транзисторы. Экспериментальные графеновые чипы уже выпущены и функционируют на тактовых частотах в сотни гигагерц, при этом существуют возможности обойти трудности в виде недостатка энергетической зоны для переключения транзисторов в состояния on и off. Главная проблема с графеновыми транзисторами состоит в их фактическом производстве, поскольку работать нужно на молекулярном уровне, который и придаёт графену его чудо-свойства. Крайне непросто сделать полоску всего в дюжину атомов шириной и один атом толщиной с идеальной кристаллической структурой. Несмотря на несколько лет научных исследований, пока предлагаются только предварительные не опробованные решения.

В начале сентября учёные из Стенфордского Университета описали новый способ производства графеновых полос, а на их основе графеновых транзисторов. Используется структура ДНК в качестве каркаса для синтеза графена, и кое-какие химические трюки для ввода атомов углерода, которые и довершают создание продукта.

графен

Простое 4-точечное соединение ДНК и их организация позволяют исследователям быстро и точно создавать графеновые шаблоны. Они окунают кремниевую плату в раствор, обогащённый нитями ДНК, затем при помощи молекулярных инструментов распрямляют эти нити. Шаблон становится удобным физическим прекурсором графена, а обработка медным солевым раствором также превращает ДНК в химический прекурсор.

Графен является одной из самых чистых форм углеродных субстанций, не уступая в плане гомогенности алмазам. При нагреве и воздействии метановых углеводородов обработанная медью двойная спираль ДНК может передать часть своих атомов углерода для создания сотовой структуры из чистого углерода. Эта техника пока находится в зачаточном состоянии, создавая несовершенные полосы, которые можно назвать не графеновыми, а графитовыми из-за небольших участков, которые отвечают за наличие у графена идеальной структуры.

графен

И всё же конечный продукт получился достаточно чистым, чтобы стать основой для создания графеновых транзисторов. У них есть все шансы быть намного миниатюрнее, чем их кремниевые родственники, они могут передавать сигналы значительно быстрее и потреблять меньше энергии. Есть три базовых требования для усовершенствования технологии создания процессоров: увеличение числа транзисторов, их скорости и всё это при неизменном или уменьшенном уровне энергопотребления. Надёжное и дешёвое производство высококачественных чипов из графена является сейчас главной целью инженеров компьютерной отрасли.

Исследователи говорят о том, что данная техника легко может быть применена в промышленных масштабах для производства графеновых процессоров для рынка потребительской электроники. Кроме процесса формирования графена на каркасе, остальные этапы производства хорошо известны; погружение печатных плат и выращивание ДНК применяется во многих отраслях науки, хотя для производства может понадобиться время на приспособление к работе с хрупкой структурой ДНК.

Недавние прогнозы говорят о том, что в конце десятилетия придёт конец и действию закона Мура, и втискивать всё большее число транзисторов в чип станет невозможным. Если мы не хотим остановить шедшее последние полвека безостановочно развитие вычислительных технологий, придётся найти более доступное решение, чем квантовые компьютеры. Им могут стать графеновые микрочипы, работая на привычном языке нулей и единиц на порядок более высоких скоростях.

По материалам




Оставить комментарий