По мнению ученого, графен идеально подходит для производства быстродействующих транзисторов и в отдаленном будущем может вытеснить кремний.

В феврале появилась публикация о графеновом транзисторе, работающем в диапазоне радиочастот, а в июне японские и корейские ученые презентовали первый сенсорный экран из графена, сообщает издание.

Графен не пропускает газы и жидкости, проводит тепло и электричество лучше, чем медь. Графеновые транзисторы работают быстрее кремниевых, с графеном можно проводить небывалые эксперименты в сфере квантовой механики, считает новоиспеченный нобелевский лауреат.

«…чипы на основе графена могут открыть дорогу к миниатюризации электронных компонентов, и в ближайшие годы графен может стать основой для компьютерных экранов — тонких и невероятно легких, как лист бумаги.»

«Интерес к графену прямо–таки зашкаливает, — признает Корнелиус Нильш из университета Гамбурга. — У нас в Германии существует более 100 рабочих групп, занимающихся исследованием этого материала».

Обясните пожалуйста, это действительно настолько значимое открытие?
За счет чего графен обладает такими замечательными свойствами.

Image #970543, 32.8 KB

GD Star Rating
loading...

112 Responses to Графен идеально подходит для производства быстродействующих транзисторов

  1. Retemmho:

    я не разбираюсь в теме, но это двумерный кристалл, невозможность существования которого доказал Ландау.
    отличается… да кучей свойств. например, иной плотностью состояний.

  2. Retemmho:

    в общем очень сложно будет раскрутить цепочку от его устройства до применения. это же не просто «он очень плотный, поэтому не пропускает воду, поэтому сделаем из него ведро» (:

  3. Namuz:

    надо Петрика спросить, он его практически придумал выдумал додумал и доказал

  4. Namuz:

    а потом отфильтровал

  5. M2yls:

    Ну, если очень–очень–очень образно — то теоретически (теоретически!, значит пока никто не знает как), можно будет сделать транзистор размером с атом углерода (точнее 6 атомов).

    А это нереально круто и позволит на порядки уменьшить размеры микросхем, а значит увеличить мощности, объемы вычислений и так далее.

    Но повторюсь, все это только теоретически. Потому и дали нобелевскую премию, ибо эффекты интересные, но до практического применения ждать еще десятки лет. Ну, как обычно с нобелевками. 🙂

  6. Retemmho:

    о, щас вдвоем и придумаем.
    правильно ли я понимаю, что речь идет о базе транзистора, которую требуется делать сверхтонкой, и на которую как раз и может пойти двумерный кристалл?

  7. LeBig:

    Всё просто.
    Нужно сделать транзистор меньшего на порядки размера.
    То есть первичен размер.
    Вторичные следствия (пропорционально):
    — увеличение частоты
    — уменьшение напряжения, уменьшение потребления энергии.
    — миниатюризация. Больший выход транзисторов с одной площади. Уменьшение размеров микросхем.

    Главные сложности: получить широкую запрещённую зону, получить дешёвую технологию

  8. Recnal:

    ну, это вы зря так про нобелевку, она скорей чаще именно за практическое применение… вон, в этом году химикам дали на 20–30 лет позже собственно разработки соответствующих реакций, которые получили огромное значение в исследованиях, разработках и промышленности. или в позапрошлом (?) — за зеленый флуоресцентный белок, тоже чисто практическая и даже методологическая работа. как раз наоборот, премии за фундаментальные находки и теории, как эйнштейновский фотоэффект или «какое–нибудь ландау», — редкость

  9. Naem:

    Это модно сейчас, как сверхпроводники в 90–е.
    На картинке показано как лист графена можно свернуть и получить одностенную углеродную нанотрубку. Ее свойства зависят от способа сворачивания (хиральности). Если запихнуть в трубку различные материалы, то можно варьировать свойства. Кстати, также можно получить одномерный кристалл в трубе. Перспектива огромная. Только пока манипулировать такими малыми объектами сложно. Диаметр таких труб от ангстрем до единиц нанометров.
    Потом вот недавно придумали графан, тоже забавная штука.

  10. Sd5:

    графен пока ещё модно, да, а вот углеродные нанотрубки теряют актуальность. 20 (+–) лет бились над тем как их сортировать, так до сих пор и бьются. Из–за этого практического ограничения исследования трубок уходят в какую–то невнятную область из серии «а мы их сейчас вот так уложим и измерим». У графена пока осталось много неизученных свойств (например, два слоя графена ведут себя не так, как три в плане электротранспорта), но если не научатся производить его быстро и с хорошо контролируемой структурой краёв, то судьба у всех этих расчудесных транзисторов такая же как у сверхпроводников при комнатной температуре. Но вообще, круто будет, если это всё получится и будет работать!

  11. Naem:

    В смысле сортировать? Хиральные, «зиг заг» и «кресло» все ясно. Уложим и измерим чего? Размер виден из прямых методов наблюдения, вольт–амперные характеристики у отдельных одностенных вроде промеряли уже, даже сверхпроводящий переход. Из–за их свойств область применения огромна, свойства прочности можно использовать для армирования материалов, брони, лифт строить на орбиту хотят, механическая память–для искусственных мышц, электронные свойства–мелкие транзисторы, провода и p–n переход даже можно, еще как накопители газов, используя их капиллярные свойства. Дело в том, что при получении сложно получить 100% труб с нужной структурой, а следовательно свойствами. Тогда выход–их заполнять, варьируя свойства.
    Да, тут уместно сравнение с сверхпроводами, все думали, что комнату очень быстро получим. Хотя сп чаще используют в магнитных делах, а не как транспорт тока. Так может и трубки будут применять в областях, о которых не задумываемся, пока.
    Круто будет, если будет работать. Трубки–вроде один из самых популярных объектов исследований, больше всего работ выходит.

  12. Nevib:

    По мне графен в первую очередь интересен тем, что он просто клевый. Во–первых сделать монослой чего–либо (не просто растить структуру по слоям, а именно монослой «в руках» подержать) это очень здорово и концептуально.

    Во–вторых эффективная масса электронов в графене равна нулю, ко всеобщему восторгу теоретиков–фундаментальщиков. Это, помимо всего прочего, приводит к его огромной проводимости.

    Вообще, теоретики исследовали графен уже очень давно, его использовали как «стартовую площадку» для обсчета графита и всяких там трубок. И соответственно, его долго пытались синтезировать. Пытались долго и разными способами, а в итоге получили совсем простым и тупым, ну практически ноготком поскребли он и отвалился. Разве не дивно?

    Попробую обзорную статью в УФН найти, может кому–то будет интересно.

  13. Nevib:

    В этой статье довольно простое и понятное введение. Про эффективную массу — параграф 2 уравнения Дирака для электронов в графене.

    И нашел еще статью Гейма и Новоселова, сам не читал ее.

  14. Niova:

    что такое «баллистическая электроника»?

  15. Sd5:

    сортировать в смысле практическом. Плюс–минус ангстрем, и вместо проводящей имеем полупроводящую трубку. А для любого приложения нужны одинаковые трубки. Заполнять, ок, но это меняет электронную структуру и, следовательно, те самые феерические свойства. Популярные–то они популярные, только толку от этих тысяц публикаций очень мало (хотя, конечно, чисто статистически, иногда что–то интересное реализовывают). Даже наивных студентов магистратуры соответствующей направленности уже тошнит от нанотрубок, если честно.

    А графен — клёви, я с Nevib согласна, и очень надеюсь, что он–таки найдёт широкое применение.

  16. Sd5:

    баллистический транспорт — это ток электронов в таком маленьком и чистом куске проводника, что они не рассеиваются, в этом режиме можно наблюдать много интересных эффетов (простите, что вмешалась в дискуссию)

  17. Nevib:

    Ох, хотел бы я знать:)

  18. Niova:

    спасибо, что вмешалась в дискуссию 🙂

  19. Niova:

    физик Аня из Дрездена и Израиля, кажется тебе есть что ещё рассказать 🙂

  20. Sd5:

    ха–ха, кажется, да )) я вообще аспирантуру буду скоро аспирантурить в области графеновой электроники, но «я не волшебник, я только учусь», так что если не смогу ответить на какие–то вопросы, не серчайте.

  21. Niova:

    какая была тема дипломных работ?

  22. Peels:

    уменьшить размеры микросхем, а значит увеличить мощности

    Размер микросхемы и потребляемая мощность не обязательно коррелируют ведь, не? Ну а повышение мощности на квадратный сантиметр нам в данный момент времени нафиг не сдалось, и так уже еле охлаждаем процессоры.

  23. Sd5:

    бакалаврская — поляриметрия на основе жк, магистерская — ЭПР молекулярных магнитов. Плюс экспериментальный курсач на атомно–силовом микроскопе (пресловутые нанотрубки и типа графеновые хлопья), теоретический проект по транспорту в графеновых полосках и пара био–ориентинрованных проектов, но это тут не очень релевантно, я думаю

  24. Sd5:

    по идее, у графена очень высокая теплопроводимость, так что может как раз охлаждать микросхемы получится весьма эффективно

  25. Niova:

    *теплопроводность.

    кроме всего прочего, теоретически можно хорошо совместить кремниевую и углеродную технологии, поскольку углерод очень похож на кремний. Углерод к тому же ещё дешевле, чем кремний.

    Может быть алмазные транзисторы и не надо будет из–за графена создавать.

  26. Sd5:

    да–да, вечно они путаются в голове, спасибо

  27. M2yls:

    Мощности вычислений, естественно. Не мощности потребления (и выделения, соответственно) энергии. 🙂

  28. Peels:

    Но для увеличения мощности вычислений размер транзистора особой роли не играет. Тут как раз важнее то, сколько тепла этот транзистор выделяет. Если я правильно помню, в данный момент препятствием для миниатюризации является не собственно размер мосфетового (или какие там сейчас) транзистора, а то, насколько он греет процессор. Если графен сможет выделять на каждое переключение меньше тепла, то да, клево. Иначе рано радоваться.

  29. M2yls:

    Вы на самом деле не понимаете, что я хочу сказать? Естественно, я говорю о вычислительной мощности чипа (процессора). Которая напрямую (практически линейно) зависит от количества транзисторов в микросхеме, т.е. и от размеров каждого конкретного транзистора.

    Тепловыделение, конечно, тоже большой стопор в современной электронике.

    Однако, если транзисторы пойдут размерами с несколько атомов, это не только увеличит их плотность в кристалле, но и существенно уменьшит выделение тепла. Причем, если я не ошибаюсь (внимание, в данном утверждении я могу ошибаться, прошу строго не винить) — у идеального двумерного кристала графена вообще отсутсвует сопротивление (присутствует эффект сверхпроводимости при комнатной температуре), а следовательно вообще никакого тепла выделяться не будет, нет сопротивления, нет тепловыделения!

  30. ььBig:

    «у идеального двумерного кристала графена вообще отсутсвует сопротивление» — почему? Электроны всё равно будут врезаться в атомы.

  31. Zv4:

    Мне сегодня мой дедушка, заслуженный изобретатель СССР, позвонил и рассказал, что он знает дешёвую и эффективную технологию производства графена, и ему было очень странно услышать, что они его получили путём отслаивания от более толстого куска.

  32. Sd5:

    а что за технология?

  33. Zv4:

    один из видов напыления. Они ещё в советские годы таким методом делали одноатомные слои на подложках, как выяснилось.

  34. Peels:

    Я понимаю, просто уточнил ваше утверждение. И с интересом бы услышал от кого–нибудь тут умного, насколько реально меньше потребляемая мощность транзистора на графене.

    Совсем без затраты энергии, по логике, транзистор переключать не получится — должны же быть какие–то стабильные энергетические минимумы, в которых транзистор должен будет «застревать». Если он может без потери энергии рандомом переключаться из одного в другой — какой с него толк? Так?

  35. Sd5:

    круто, а есть что–нибудь почитать про эти слои?

  36. Zv4:

    он сказал, что может описать техпроцесс в деталях, если это кому–то интересно на самом деле, а так же сказал, что наверняка таким способом графен кто–то уже получает, ибо это относительно дёшево и можно разом выпускать куски этого материала макроскопических масштабов.

  37. Sd5:

    мне очень интересно.

  38. Niktob:

    интересные эффекты [*]

  39. Retemmho:

    я бы послушал, например

  40. Zv4:

    я спрошу его при случае.

  41. Sd5:

    спасибо!!

  42. Retemmho:

    может, вот так и нобелевку на двоих получим (:

  43. Sd5:

    не загадывай! Дедушка ещё ничего не рассказал 🙂

  44. Oinotnaf:

    в общем, мировое сообщество ждёт!

  45. ььBig:

    разумеется, ALD (Atomic layer deposition) это зовётся. В МЭ давно есть.

  46. Im7:

    есть несколько технологий получения тонких плёнок на подложке. думаю, что их все перепробовали для получения графена. популярной является технология плазмохимического осаждения из газовой фазы PECVD.
    дешёвой и перспективной для промышленного производства считается технология термического разложения SiC. Подложка нагревается, атомы кремния с неё улетаю и из углерода на поверхности формируется тонкая плёнка. вот тут, думаю, можно немного почитать и посмотреть ссылки на другие статьи, если заинтересует.

  47. Zv4:

    правильно ли я понял, что ни одна из этих технологий графен получать не позволяет, или просто нобелевские лауреаты использовали другой метод, а сейчас графен уже получают при помощи этих технологий?

  48. Niova:

    википедия пишет, что промышленного способа ещё нет, а большинство исследований ведётся над графеном, полученным ручным способом.

  49. Niova:

    там суть в том, что плоскость графена — полуметалл, поэтому из неё полевика не получить. Чтобы сделать транзистор, нужно изготовить графеновую ленту шириной в несколько нанометров, тогда в результате размерного квантования появляется запрещённая зона и графен становится полупроводником.

  50. Im7:

    они показали принципиальную возможность получить графен вообще. К тому же, графен на подложке — это графен на подложке, а не свободная пленка.

  51. Im7:

    я читала в nature про fet из двух слоев графена. Там ещё было что–то про управление шириной запрещенной зоны, но не помню её значение. Могу поискать статью завтра.

  52. Niova:

    прочёл бы со шпасом.

  53. Im7:

    если я правильно понимаю, то сейчас проводят кучу всяких исследований по различным способам получения графена и исследуют полученные образцы, чтобы понять, насколько хорошо эти методы работают. А «ручной» графен исследуют для изучения его свойств вообще.

  54. Niova:

    а ты не знаешь, интел уже принял соответствующий проект исследований?

  55. Niova:

    вот из статьи Насколько я понял, различие между электрическим смещением сверху и снизу от графеновых слоёв приводит к расщеплению уровней и изменению уровня Ферми. А различием электрического смещения можно управлять, управляя веществом над и под графеном. Я ничего не путаю?

  56. Niova:

    Вот как меняют:

    размер 500x158, 140.25 kb

  57. Niova:

    да, они пишут про инфракрасную микроспектроскопию.

  58. Sd5:

    а вот это интересно, что они под этим имеют в виду? моё интуиция говорит мне, что они фигачат инфракрасные фотоны с энергией, соответствующей расщеплению, и измеряют поглощение. Это близко к правде?

  59. Niova:

    я думаю, они меряют край поглощения. Я только просмотрел статью, не читал ещё.

  60. Kaidok:

    А я правильно понимаю, что кусок графена должен быть по факту сверхострым лезвием?

  61. AHev:

    петь он не будет, но отрезать таким лезвием что–нибудь будет затруднительно.

  62. Ronjalk:

    А если натянуть, как лезвие в ножовке по металлу?

  63. Nevib:

    Нет, графен принципиально отличается от сверхпроводника. Видишь ли, по классической формуле, проводимость пропорциональна среднему времени свободного пробега и обратно пропорциональна эффективной массе. Так вот, у сверхпроводника свободный пробег равен бесконечности, а у графена эфф. масса равна нулю. По классической формуле, и то и то должно приводить к сверхпроводимости. Но она не применима для этих случаев, и фактически они сильно отличаются.

  64. AHev:

    порвётся скорее всего.

  65. Naem:

    тут лекция была по теме поста. Сам не был.

  66. ReBoo:

    Сопротивление у графена есть всегда, даже у идеального. Да и не только у графена — если не касаться сверхпроводимости, то любой баллистический транзистор обладает конечным сопротивлением. Могу дать ссылку на английском, если интересно.

  67. ReBoo:

    ььBig: даже если решетка идеальная, т.е. електроны не рассеиваются, сопротивление будет конечным.

  68. ReBoo:

    сейчас ростят графен на меди, самсунг уже несколько месяцев назад продемонстрировал шайбу дюймовых размеров. В research используют слоение, потому что качество (подвижность) отслоенного графена пока лучше чем синтезированного.

  69. ReBoo:

    сверхгибким тоже. жесткость графена в плоскости, любые поперечные нагрузки его сразу сомнут.

  70. ReBoo:

    если есть еще вопросы — спрашивайте, я занимаюсь графеном.

  71. Xo1:

    пчелы все знали![*]

  72. Im7:

    можно с тобой сфотографироваться?

  73. Niova:

    я смотрю, ты ещё и в Манчестере живёшь. Ты как–нибудь связан с Новосёловым и Геймом?

  74. ReBoo:

    работаю постдоком в этой группе.

  75. Im7:

    можно заняться с тобой сексом?

  76. ььBig:

    а Гейм был реально злой насчёт приглашения в Сколково? В прессе писали, что он чуть ли не матом чиновников послал.

  77. Niova:

    а вы на госгрантах работаете, или вас уже интелы скупили? Как считаешь, где будет самое широкое применение графена? Можешь посоветовать какой–нибудь клёвый обзор по теме?

  78. Retemmho:

    ььBig: а что в сверхпроводниках не врезаются, вас не смущает?)

  79. ььBig:

    так они там парами 🙂 Куперовскими.

  80. ReBoo:

    ььBig: Не думаю, что он был злой. Просто каждый журналист считает своим долгом об этом спросить, а шефу лишний повод отпустить сарказм.

  81. ReBoo:

    Основной источник финансирования — гранты. Поскольку наш работодатель — университет, левые заработки не приветствуются, да и времени на это нет. Коммерческие компании обращаются за консультациями, иногда предлагают совместные проекты в рамках нашей темы.
    Про применение говорить пока рано — то, что лежит на поверхности ты, наверное, уже знаешь (touchscreens, stress gauge, TEM support). Много идей разрабатывается в крупных компаниях, но до выхода работающих устройсв новостей от них ждать не стоит. Ну а про то, под что ученые получают гранты лучше вообще не вспоминать — 95% к реальным технологиям и жизни отношения вообще не имеет.
    Обзор — смотря кто ты по специальности 🙂 Наших я не знаю, а на английском — например, //arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0…
    И, да, пардон за русский — забываю грамматику 🙂

  82. Sd5:

    хороший обзор, спасибо! Очень своевременно ты сюда зашёл 🙂

  83. Id11:

    По–моему мнению, премия этого года процентов на 60–70 — политическая. Куда применять графин — пока непонятно, зато получился отличный звоночек молодым ученым (Новоселов, по нобелевским меркам, достаточно молод ), что необязательно работать на рубеже науки в ведущих университетах (Манчестерский университет — вполне себе рядовой университет в Англии, ни в каких top 10 замечен не был), чтобы иметь возможность получить Нобелевскую.

  84. Niova:

    конечно, а нулевая эффективная масса — это ерунда.

  85. Niova:

    как бурно британские СМИ реагировали на присуждение нобелевки?

  86. Id11:

    нулевая эффективаня масса — это хорошо, конечно, только даже сами авторы не знают пока, что с ней делать:

    some basic questions about graphene’s electronic properties still remain to be answered. For
    example, there is no consensus about the scattering mechanism that currently limits ?, little understanding of transport properties near NP..

    За тот же транзистор Нобелевской премией наградили только через 10 лет, когда наконец стало ясно, что изобретение было революционным. В случае с премией этого года я, для себя, пока не могу найти другой, более правдоподобной причины, чем политической.

    Или нобелевская уже не та (ирония, не знаю, как она тут ставится).

  87. Sd5:

    в том же обзоре упоминалось, что не столько транспортными свойствами берёт графен, сколько тем, что это 2D кристалл толщиной в 1 атом.

  88. Niova:

    ну да, там говорится, что единственный монослойный материал во вселенной.

  89. Id11:

    так ведь тоже пока мало понятно, что с ним делать, «надо ждать год». Да и сам Гейм говорил, что им дали премию не за сам графин (который был известен задолго до этого), а за исследование его свойств. И вообще, я верил, что нобелевские премии присуждают за революционные открытия, оказавшие влияние на жизнь общества, а не за потенциальную их возможность.

  90. Niova:

    приведённая тобой цитата, наоборот, подчёркивает важность и интересность открытия. Если базовые электронные свойства не ясны — это только для пользователя плохо, а для учёного — праздник, потому что есть работа, которая добавит знаний в науке. Что же касается слов Гейма об отсутствии консенсуса по вопросу механизма, ограничивающего подвижность — это вообще суперздорово, потому что выдвигает на передний план свойства кристалла, которые раньше затушёвывались ненулевой эффективной массой — крайне интересная тема даже для фундаментальной науки, не говоря уже о прикладной.

  91. Id11:

    давай по пунктам. Графин был известен до Гейма и Новоселова? Насколько я знаю — да. Теория эффективной массы была разработана до Гейма и Новоселова? Да. Люди знали, наверняка, что есть материал — графин, и что у электронов в этом критсталле — нулевая эффективная масса. Где тут Гейм с Новоселовым?)

  92. Sd5:

    всякие премии бывали. «За предсказание существования мезонов на основе теоретической работы по ядерным силам», а на следующий год «За разработку фотографического метода исследования ядерных процессов и открытие мезонов, осуществленное с помощью этого метода». При всём уважении к фундаментальной физике, не похоже, что это перевернуло общественное сознание (я несколько преувеличиваю, конечно)

  93. Im7:

    они впервые его получили провели с ним ряд важных исследований. в том числе показали равенство нулю эффективной массы. собственно формально премия у них именно за исследования — for groundbreaking experiments regarding the two–dimensional material graphene
    такое иногда случается, что премию дают очень скоро после открытия, если учёное сообщество считает открытие перспективным и интересным. например, за открытие квантового эффекта холла премия был присуждена всего через 5 лет. кстати да, награждаются не только практические работы, но и фундаментальные открытия, хотя и чуть реже. в этом смысле графен интересен, как обладающий уникальнейшими свойствами двумерный кристалл.
    лично я верю, что работы по созданию устройств наноэлекроники на основе графена когда нибудь приведут нас к колоссальному успеху. и очень возможно, что нобелевские премии, так или иначе связанные с графеном, ещё будут вручены и даже неоднократно. ну столько в него сейчас усилий вбухивается, что он не может подвести.

  94. Id11:

    по–моему, лучше бы они в управляемый термоядерный синтез усилий вбухивали больше, но это уже не к Гейму с Новоселовым)

  95. Namttaw:

    ну не факт.
    смотря как натягивать 🙂

  96. Im7:

    ты похож на ворчливого пердуна с какого–нибудь сраного давно не работающего токамака во всеми заброшенном провинциальном нии.
    про термоядерный синтез никто не забыл, не переживай.

  97. Retemmho:

    ььBig: и что это меняет? пары теперь у нас не врезаются в атомы?

  98. ььBig:

    так вот согласно основной теории, объясняющей СП — именно так.

  99. Retemmho:

    ььBig: СП и НТ это моя специальность) я просто хотел показать, что это абсолютно беспомощное объяснение.
    емнип, в идеальном бездефектном неограниченном металле тоже было бы нулевое сопротивление.

  100. Yedalz:

    ландау? графен? офигедь, пруф в студию!

  101. Retemmho:

    мне так на семинарах рассказывали.) типа, не зря такая формулировка — For ground–breaking

  102. ReBoo:

    я за два месяца так и не придумал что тебе ответить 🙂

  103. Sd5:

    соглашайся, ты что! в крайнем случае убежишь через балкон

  104. ReBoo:

    если будет чем убегать )

  105. Sd5:

    твоя правда. Может, дезинтегратор материи про запас? А ещё лучше — плюшевого мишку или там кролика вислоухого. Ты смотри, я насоветую сейчас 🙂

  106. Traregit:

    альдебаранцы с их четвертьслойным материалом ????? смеются над смешными земными учеными.

  107. Im7:

    иногда забываешь захватить с собой ноги?

  108. ToDad:

    Не натянуть, а наложить на лезвие обычного, хорошо заточенного ножа, так чтоб края плёнки выходили на остриё. Но такая «суперзаточка» будет одноразовой.

Добавить комментарий