Procesor z zegarem 1000 GHz - dzięki grafenowi?

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology twierdzą, że w przyszłości możliwa jest produkcja procesorów komputerowych, pracujących z częstotliwościami taktowania od 500 do 1000 GHz. Kluczem do osiągnięcia tak szybkich zegarów ma być zastosowanie grafenu - materiału, który już kilka lat temu został okrzyknięty przez środowiska naukowe następcą krzemu.

Grafen to nazwa materiału zbudowanego z warstwy atomów węgla, rozmieszczonych na płaszczyźnie przypominającej plaster miodu. Nieprzypadkowo pochodzi ona od grafitu (czyli jednej z postaci, pod jaką występuje w naturze węgiel) bowiem właśnie w nim warstwy atomów, takie jak wspomniana wyżej, są ułożone jedna na drugiej. Grafen udało się badaczom uzyskać w 2004 r. - co więcej, odkryto szczególne właściwości tego materiału, m.in. znacznie wyższą niż w innych znanych tworzywach półprzewodnikowych ruchliwość elektronów. Dość wspomnieć, że elektrony grafenu poruszają się sto razy szybciej niż w krzemie. Dalsze badania dowiodły, że wiązania występujące pomiędzy poszczególnymi atomami warstwy grafenowej są niezwykle mocne, co czyni ten materiał bardzo wytrzymałym - trwałość wiązań jest wyższa niż w najtwardszym znanym minerale, diamencie.

Z uwagi na swoje właściwości badacze zaczęli myśleć o grafenie jako o tworzywie, które w przyszłości zastąpi krzem w urządzeniach elektronicznych (naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze w oparciu o ten materiał stworzyli już nawet prototypowy tranzystor jednoelektronowy). Największą przeszkodą na drodze popularyzacji technologii grafenowej były do niedawna jej wysokie koszty produkcji (mikroskopijne warstwy grafenu uzyskiwano w wyniku pracochłonnego ścierania grafitu, a koszt warstwy o grubości dziesiątych części milimetra liczony był w setkach dolarów). I ten problem udało się jednak rozwiązać - metoda autorstwa koreańskich naukowców z Uniwersytetu Sungkyunkwan pozwala nie tylko na zmniejszenie kosztów produkcji materiału ale także na wytwarzanie warstw o większej powierzchni.

Układ grafenowy stworzony przez naukowców z MIT

Układ grafenowy stworzony przez naukowców z MIT

Pracownicy Massachusetts Institute of Technology poczynili tymczasem kolejny krok w badaniach nad grafenem. Zbudowali eksperymentalny układ grafenowy będący powielaczem częstotliwości (ang.: frequency multiplier). Układ taki może zmodyfikować częstotliwość przychodzącego sygnału elektrycznego tak, by częstotliwość sygnału wychodzącego była jej wielokrotnością. Powielacze są obecnie stosowane w niektórych typach urządzeń elektronicznych (np. nadajninkach/odbiornikach radiowych) przy czym ich właściwością jest produkcja "zaszumionych" sygnałów wyjściowych, wymagających filtrowania. Powielacz grafenowy, dysponujący tylko jednym tranzystorem, jest nie tylko bardziej energooszczędny, ale generuje czysty sygnał.

Tomás Palacios, jeden z naukowców zaangażowanych w projekt, mówi: "W elektronice zawsze dążymy do zwiększania częstotliwości, aby produkować np. coraz szybsze komputery i telefony zdolne do przesyłania danych z większą przepustowością". Podkreśla też, że częstotliwość przekraczającą 4 lub 5 GHz bardzo trudno uzyskać, jednak nowa technologia grafenowa może prowadzić do wdrożenia produkcji układów o częstotliwości 500 - 1000 GHz. Palacios jest przekonany, że rozwój technologii do stanu, w którym mogłaby już posłużyć do produkcji komercyjnie dostępnych produktów, jest kwestią najwyżej dwóch lat.

Tomás Palacios i Jing Kong - naukowcy zaangażowani w projekt

Tomás Palacios i Jing Kong - naukowcy zaangażowani w projekt

Więcej informacji: MIT

Źródła:

Przyszłość komputerów jest czarna

Niech żyje grafen, nowy król elektroniki!


Zobacz również