Grafeeni antaa vihjeitä tulevaisuuden elektroniikasta

Tel Avivin yliopiston tutkijaryhmä on yhteistyössä japanilaisten kollegoidensa kanssa ottanut tärkeän askeleen kohti seuraavan sukupolven elektroniikkaa.

Tutkijat saavuttivat erittäin tarkan grafeenin sisäisen rakenteen hallinnan käyttämällä lähes mitätöntä energiamäärää.

Tähän asti grafeenikerrosten pinoamisjärjestelyjen hallittu vaihtaminen on ollut monimutkainen prosessi, joka vaati paljon energiaa eikä sovellu käytännön sovelluksiin. Uudessa tutkimuksessa tutkijat onnistuivat voittamaan tämän esteen.

Nyt kehitetty ratkaisu perustuu eleganttiin konseptiin: luodaan pieniä grafeenisia "saarekkeita" – halkaisijaltaan vain kymmeniä nanometrejä – joissa kerrokset pysyvät suorassa kosketuksessa toisiinsa, kun taas ympäröivät alueet on erotettu kerroksella, joka mahdollistaa lähes kitkattoman liukumisen. Näiden saarekkeiden sisällä yhtä grafeenikerrosta voidaan siirtää toiseen nähden, mikä muuttaa pinoamisjärjestystä.

Tulos on huomattava: materiaalin olomuotoa voidaan muuttaa erittäin pienellä voimalla, jonka energiankulutus on suuruusluokkaa pienempi kuin nykyisten muistiteknologioiden vaatima. Monissa tapauksissa muutos jatkuu itsestään ilman lisävoiman kohdistamista, kun se on kerran käynnistynyt.

Tämän lisäksi tutkijat osoittivat, että naapurisaarekkeet voidaan yhdistää siten, että yhden saarekkeen rakenteellinen muutos vaikuttaa myös sen naapureihin. Tämä avaa oven sellaisten järjestelmien luomiselle, joissa eri alueet "kommunikoivat" keskenään mekaanis-elastisella tavalla, neuroverkon tavoin. Tällainen ominaisuus voi olla erityisen merkityksellinen neuromorfisen laskennan kehitykselle.

Tutkijoiden mukaan uusi menetelmä avaa lupaavia mahdollisuuksia muistikomponenttien, antureiden ja pienten elektronisten laitteiden kehittämiselle, jotka ovat sekä nopeita että poikkeuksellisen energiatehokkaita.

Professori Moshe Ben-Shalom päättelee: ”Tämä on läpimurto, jolla on potentiaalia mullistaa elektronisten komponenttien suunnittelutapa nanometritasolla.

Osoitamme, että grafeenin ja muiden kerroskiteiden rakennetta on mahdollista hallita tarkasti, palautuvasti ja erittäin energiatehokkaasti. Kemiallisten sidosten katkaisemisen ja uudelleenrakentamisen sijaan liu'utamme atomikerroksia toistensa päälle – luonnollinen prosessi, joka on paljon nopeampi ja tehokkaampi.

”Mahdollisuus suunnitella vuorovaikutuksia materiaalin eri alueiden välillä avaa uusia mahdollisuuksia paitsi edistyneelle elektroniikalle myös aivojen inspiroimille laskentajärjestelmille. Tämä on jälleen yksi askel kohti tähän asti puhtaasti akateemisina pidettyjen fysikaalisten ilmiöiden muuttamista käytännönläheiseksi, toimivaksi teknologiaksi”

Aiheesta aiemmin:

Supervoitelu mahdollistaa nopeat muistipiirit

Lisää kerroksia kierteisiin grafeenikerroksiin