Cercetătorii din mai multe universități lucrează în prezent la dezvoltarea unui nou tip de tranzistor. În loc să utilizeze siliciu, cercetătorii au folosit grafen pentru construcţia unor porți logice cu un consum mai mic de energie, dar care ar putea funcționa de 1.000 de ori mai repede decât cele actuale.

Odată cu descoperirea grafenului, în anul 2004, cercetătorii au efectuat numeroase studii pentru a obţine şi alte materiale bidimensionale.

Grafenul s-a dovedit un material cu proprietăți unice și remarcabile. Una dintre acestea este capacitatea sa de a conduce electricitatea, care este de zece ori mai bună decât a cuprului, cel mai utilizat material conductor din domeniul electronicii. La temperatura camerei, grafenul poate conduce electricitatea de 250 de ori mai repede decât siliciul, adică cu o viteză mai mare decât a oricărui alt material cunoscut.

Credit: SciShow

Datorită acestor proprietăți unice ale grafenului, o echipă de cercetători de la Northwestern University, The University of Texas din Dallas (UT Dallas), University of Illinois din Urbana-Champaign și University of Central Florida (UCF), a studiat posibilitatea dezvoltării unui tranzistor bazat pe grafen.

Într-un studiu publicat recent în revista Nature Communications, cercetătorii au constatat că un tranzistor pe bază de grafen poate funcționa mai bine decât tranzistoarele pe bază de siliciu folosite în computerele din prezent.

Tranzistoarele stau la baza circuitelor electronice actuale, deoarece acestea acționează ca niște întrerupătoare care permit sau blochează trecerea semnalelor electronice și a tensiunilor de alimentare cu energie electrică. Mai multe tranzistoare pot forma porți logice, adică nucleul microprocesoarelor, care sunt utilizate ca circuite de intrare și ieșire și care pot acţiona, de asemenea, ca 0 şi 1 (așa-numiții biți binari). Acestea le permit microprocesoarelor să rezolve probleme logice și de calcul.

„Dacă ne dorim ca progresul ştiinţei şi tehnologiei să continue, avem nevoie de computere mai rapide pentru a putea efectua simulări mai complexe și mai bune pentru știința mediului, explorarea spațiului şi chiar pentru cercetări în domeniul economic”.

„Pentru aceasta nu ne mai putem baza pe tranzistoarele cu siliciu”, a declarat într-un comunicat de presă Ryan Gelfand, coautor al studiului şi profesor asistent la UCF.

Porţi logice mai bune

Microprocesoarele care înglobează tranzistoare cu siliciu au fost limitate la o frecvenţă de funcţionare cuprinsă în intervalul de 3 până la 4 gigahertzi încă din anul 2005. Există o limită a vitezei semnalelor electronice și a puterii la care pot funcţiona aceste tranzistoare, în mare parte datorită rezistenţei electrice a materialului din care sunt acestea construite. Echipa de cercetători a găsit, totuși, o modalitate prin care această limitare poate fi depăşită. Este vorba de utilizarea grafenului în loc de siliciu.

Cercetătorii au construit mai întâi o panglică de grafen prin desfacerea unui nanotub de carbon (o foaie subțire pliată de grafen). După ce au aplicat un câmp magnetic pe panglica de grafen, cercetătorii şi-au dat seama că pot controla curentul electric care trece prin panglica de grafen prin intermediul câmpului magnetic. Astfel, cu ajutorul unor nanotuburi adiacente de carbon, care pot mări sau micșora curentul electric, cercetătorii au reușit să controleze curentul electric care strabate materialul prin intermediul câmpului magnetic.

Computere pe bază de grafenMagnetismul controlează electricitatea. Credit: Joseph S. Friedman /Nature Communications

S-a dovedit că circuitele logice bazate pe tranzistoare cu grafen pot îmbunătăți frecvenţa de lucru a microprocesoarelor de o mie de ori și că consumul de energie electrică al acestora este de o sută de ori mai mic decât al celor bazate pe tranzistoare cu siliciu. În plus, aceste circuite pot fi miniaturizate mai mult decât circuitele logice care utilizează tranzistoare cu siliciu. Acest lucru ar putea permite construirea unor dispozitive electronice cu funcționalități multiple, a explicat Gelfand.

Un studiu similar a analizat, de asemenea, utilizarea grafenului ca un potențial condensator electric în construcţia calculatoarelor cuantice.

Un sistem computerizat bazat numai pe carbon există doar pe hârtie, a declarat Joseph S. Friedman,  coautor al studiului, de la UT Dallas, dar Friedman și colaboratorii săi din cadrul laboratorului de cercetare NanoSpinCompute lucrează în prezent la un astfel de prototip.

„Proprietățile excepționale ale materialelor pe bază de carbon permit funcţionarea microprocesoarelor la frecvenţe de ordinul terahertzilor, iar consumul de energie al acestora se reduce cu două ordine de mărime în comparație cu microprocesoarele de ultimă generaţie”.

„Sperăm ca această cercetare să inspire fabricarea unor circuite logice în cascadă care să marcheze apariţia unei noi generații de computere, mult mai eficientă din punct de vedere energetic”, afirmă cercetătorii.

Sursă: Futurism