Ważny krok w świecie technologii. Zbudowano dwuwymiarowy komputer bez użycia krzemu

4 miesięcy temu 94

2025-06-22 15:00

publikacja
2025-06-22 15:00

Naukowcy po raz pierwszy wykorzystali dwuwymiarowy materiał o grubości zaledwie jednego atomu do stworzenia prostego komputera. To krok w stronę cieńszej, szybszej i bardziej wydajnej energetycznie elektroniki.

Ważny krok w świecie technologii. Zbudowano dwuwymiarowy komputer bez użycia krzemu

Obecnie podstawę do budowy wszystkich elektronicznych urządzeń stanowią krzemowe półprzewodniki. Tymczasem naukowcy z Pennsylvania State University opisali pierwszy na świecie eksperyment, w którym wykorzystano dwuwymiarowy (mierzący tylko 1 atom grubości) materiał do budowy komputera zdolnego do wykonywania prostych obliczeń.

Według badaczy osiągnięcie to stanowi ważny krok w stronę cieńszej, szybszej a przy tym zużywającej mniej energii elektroniki.

Jak sztuczna inteligencja wpłynie na pracę księgowych

Naukowcy oparli swój układ na technologii CMOS, stanowiącej podstawę niemal każdego nowoczesnego urządzenia elektronicznego. Jednak nie użyli krzemu. Zamiast niego wykorzystali dwa różne materiały dwuwymiarowe do opracowania obu typów tranzystorów niezbędnych do kontrolowania przepływu prądu elektrycznego w układach CMOS – użyli dwusiarczku molibdenu oraz diselenku wolframu do tranzystorów.

„Krzem przez dekady napędzał niezwykły postęp w elektronice, umożliwiając ciągłą miniaturyzację tranzystorów polowych” — zaznacza prof. Saptarshi Das, autor badania opisanego na łamach magazynu „Nature”.

„Jednak w miarę zmniejszania rozmiarów urządzeń krzemowych, ich wydajność zaczyna się pogarszać. Tymczasem materiały dwuwymiarowe zachowują swoje wyjątkowe właściwości elektroniczne nawet przy grubości jednego atomu, co czyni je obiecującym kierunkiem rozwoju”.

Wcześniejsze badania wskazywały już na możliwość tworzenia niewielkich układów opartych na materiałach dwuwymiarowych, jednak przeskalowanie ich do złożonych, funkcjonalnych komputerów pozostawało nieosiągalne.

„To właśnie jest przełom w naszej pracy. Po raz pierwszy zademonstrowaliśmy komputer CMOS zbudowany w całości z materiałów 2D, łącząc tranzystory z dwusiarczku molibdenu i diselenku wolframu wytwarzane na dużych powierzchniach” – wyjaśnia ekspert.

Zespół wykorzystał tzw. technikę osadzania z fazy gazowej z użyciem związków metalorganicznych — proces wytwarzania polegający m.in. na odparowaniu składników, wywołaniu odpowiedniej reakcji chemicznej i osadzeniu jej produktów na podłożu. W ten sposób powstały duże arkusze dwusiarczku molibdenu i diselenku wolframu oraz ponad tysiąc tranzystorów każdego dwóch podstawowych typów.

„Nasz komputer CMOS oparty na materiałach 2D działa przy niskim napięciu zasilania, zużywa minimalną ilość energii i potrafi wykonywać proste operacje logiczne z częstotliwością do 25 kiloherców” – informuje jeden z badaczy, Subir Ghosh.

„Opracowaliśmy również model obliczeniowy, skalibrowany na podstawie danych eksperymentalnych i uwzględniający różnice między poszczególnymi urządzeniami. Pozwoliło to oszacować wydajność naszego komputera CMOS z materiałów 2D i porównać ją z najnowocześniejszą technologią krzemową. Choć wciąż istnieje przestrzeń do dalszej optymalizacji, nasza praca stanowi istotny krok w wykorzystaniu dwuwymiarowych materiałów do rozwoju elektroniki” – dodaje.

Naukowcy zaznaczają, że konieczne są dalsze prace nad rozwojem podejścia opartego na komputerach CMOS z materiałów 2D, jeśli mają znaleźć szersze zastosowanie. Jednocześnie podkreślają, że dziedzina ta rozwija się wyjątkowo szybko w porównaniu z technologią krzemową.

„Technologia oparta na krzemie rozwijana jest od około 80 lat, natomiast badania nad materiałami 2D są stosunkowo nowe — tak naprawdę zaczęły się dopiero ok. 2010 roku” — mówi prof. Das. - „Oczekujemy, że rozwój komputerów opartych na materiałach 2D również będzie stopniowy, ale to, co osiągnęliśmy, to duży krok naprzód w porównaniu z tempem rozwoju technologii krzemowej”.

Marek Matacz (PAP)

mat/ zan/