Οι επιστήμονες έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη στην ηλεκτρονική, δημιουργώντας τον πρώτο λειτουργικό ημιαγωγό στον κόσμο από γραφένιο, που θα αλλάξει τον κόσμο των υπολογιστών. Η ανακάλυψη έρχεται σε μια εποχή που το πυρίτιο, το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται σχεδόν όλα τα σύγχρονα ηλεκτρονικά είδη, αγγίζει τα όριά του, αναφέρει η DW.
Οι επιστήμονες αγωνίζονται για την ανάπτυξη ημιαγωγών γραφενίου (ένα υλικό σκληρό, εύκαμπτο, ελαφρύ και με υψηλή αντοχή) γιατί παρουσιάζουν υψηλότερη ταχύτητα και μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση συγκρτιτικά με το πυρίτιο.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature στις 3 Ιανουαρίου, παρουσιάζει τον πρώτο λειτουργικό ημιαγωγό γραφενίου που είναι κατάλληλος για χρήση στη νανοηλεκτρονική.
Οι συγγραφείς λένε ότι η ανακάλυψη θα μπορούσε να σηματοδοτήσει ένα σημαντικό βήμα προς την επόμενη γενιά υπολογιστών και ανοίγει δρόμο σε έναν νέο τρόπο κατασκευής ηλεκτρονικών.
«Δεν ξέρουμε πού θα καταλήξει αυτό, αλλά ξέρουμε ότι ανοίγουμε την πόρτα για μια σημαντική αλλαγή στα ηλεκτρονικά.
Το γραφένιο είναι ένα βήμα. Ποιος ξέρει ποια θα είναι τα επόμενα βήματα, αλλά υπάρχει μια καλή πιθανότητα το γραφένιο να γίνει το πρότυπο για τα επόμενα πενήντα χρόνια», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Walt de Heer από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια των ΗΠΑ σε σχετικό δελτίο τύπου.
«Οι ημιαγωγοί είναι απαραίτητοι για τη λειτουργία όλων των υπολογιστών.
Μας επιτρέπουν να δημιουργούμε μικροσκοπικούς διακόπτες που μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν για να επιτραπεί η ροή του ηλεκτρισμού. Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια που ρέει μέσω ηλεκτρικών κυκλωμάτων επιτρέπει στους υπολογιστές να κάνουν υπολογισμούς», είπε στη DW η Sarah Haigh, Καθηγήτρια Υλικών στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Χρειαζόμαστε ημιαγωγούς πυριτίου κάθε φορά που χρησιμοποιούμε πιστωτική κάρτα, ξεκινάμε το αυτοκίνητο, ανοίγουμε πόρτες σε λεωφορεία και τρένα και φυσικά χρησιμοποιούμε smartphone ή φορητό υπολογιστή.
Αλλά οι ημιαγωγοί πυριτίου έχουν τους περιορισμούς τους, οι οποίοι οδήγησαν τους επιστήμονες στην αναζήτηση ενός νέου υλικού.
«Τα ηλεκτρονικά πυριτίου απαιτούν μια αρκετά μεγάλη ισχύ και ενέργεια, συμπεριλαμβανομένης της ενέργειας που απαιτείται για την ψύξη των ηλεκτρονικών όταν η ενέργεια εκπέμπεται ως θερμότητα», συμπλήρωσε η Haigh στο DW.
Το γραφένιο είχε σημαντικά μειονεκτήματα που εμπόδιζαν τη χρήση του στα ηλεκτρονικά μέχρι τώρα.
Οι επιστήμονες του πεδίου διερευνούν την εξαιρετική αγωγιμότητα του γραφενίου σε ηλεκτρονικά κυκλώματα πάνω από μια δεκαετία», λέει η Haigh.
Το διάκενο ζώνης είναι μια κρίσιμη ηλεκτρονική ιδιότητα που επιτρέπει στους ημιαγωγούς να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται. Το γραφένιο συμπεριφέρεται ως ένας ημιαγωγός μηδενικού διάκενου ζώνης, δηλαδή δεν εμφανίζει ενεργειακό κενό μεταξύ των ζωνών σθένους και αγωγιμότητας του.
Η ομάδα του Walt De Heer ανακάλυψε τον τρόπο να αναπτύσσει γραφένιο σε ειδικά τσιπ καρβιδίου σιλικόνης. Η έρευνα διήρκεσε δέκα χρόνια, μέσα στα οποία η ομάδα βελτίωσε τα υλικά και άλλαξε τις χημικές ιδιότητες του γραφενίου μέχρι να επιτύχει την τέλεια δομή. Το γραφένιο επίσης λειτουργεί ως ένας υψηλής ποιότητας ημιαγωγός που συναγωνίζεται το πυρίτιο.
«Το καλό με το γραφένιο δεν είναι μόνο ότι μπορούμε να κάνουμε τα πράγματα μικρότερα και γρηγορότερα και με λιγότερη διάχυση θερμότητας, αλλά ότι μπορούμε στην πραγματικότητα να χρησιμοποιούμε ιδιότητες ηλεκτρονίων που δεν είναι προσβάσιμες στο πυρίτιο.
Επομένως, αυτή είναι πραγματικά μια αλλαγή, ένας διαφορετικός τρόπος να κάνουμε ηλεκτρονικά.
Τα πιο γρήγορα, πιο ενεργειακά αποδοτικά ηλεκτρονικά», είπε ο de Heer. Οι ειδικοί λένε ότι αυτή η καινοτομία έχει τεράστιες δυνατότητες για τη βιομηχανία ηλεκτρονικών.
Πρώτον, θα μπορούσε να επιτρέψει τη δημιουργία νέων ημιαγωγών γραφενίου που είναι πολύ πιο ισχυροί, αλλά χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια από τους αντίστοιχους πυριτίου.
«Τα ηλεκτρονικά γραφενίου είναι πιο αποτελεσματικά επειδή χρειάζονται λιγότερη ενέργεια για να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν.
Επίσης επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να ρέουν χωρίς να δημιουργούν πολλή ανεπιθύμητη θερμότητα που πρέπει να ψύχεται με ανεμιστήρες (που απαιτεί ενέργεια)», εξηγεί η Haigh στη DW.
«Αυτό θα σήμαινε ότι τα κινητά τηλέφωνα θα μπορούσαν να λειτουργούν για εβδομάδες χωρίς να ξεμένουν από μπαταρία, ενώ θα μπορούσε να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας σε όλες τις δραστηριότητες της ζωής μας, μαζί με το κόστος και τη ρύπανση από τα ορυκτά καύσιμα», προσθέτει.
Ο Walt De Heer ισχυρίζεται ότι η ανακάλυψή του θα μπορούσε να αλλάξει το μέλλον των ηλεκτρονικών.
Οι νέοι υπεραγωγοί γραφενίου θα μπορούσαν να επιταχύνουν την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών που μπορούν να λύσουν προβλήματα σε δευτερόλεπτα αντί για χιλιετίες που χρειάζονται οι υπερυπολογιστές, αλλά βρίσκονται ακόμα σε εξέλιξη. Οι ειδικοί λένε ότι οι ημιαγωγοί γραφενίου θα μπορούσαν να βοηθήσουν να ξεπεραστούν οι περισσότερες από τις προκλήσεις που εμφανίζονται στο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών.
