¿Podría el fósforo negro ser el futuro de los microchips?

El grafeno ha sido visto durante mucho tiempo como el futuro de los procesadores de computadoras y la electrónica. Sin embargo, en el último par de años, han surgido algunos materiales cristalinos de dos dimensiones notables. Un nuevo retador es el fósforo negro. Esta semana, un equipo de investigación coreano ha descubierto cómo crear un espacio de banda sintonizable en el material, lo que permite que se use como un semiconductor y (potencialmente) un reemplazo superior para el silicio..

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Fósforo negro

Al igual que el grafeno, el fósforo negro se puede separar en láminas de un átomo de espesor. Estas láminas se conocen como fosforeno, pero a diferencia del grafeno, estas capas actúan como un excelente semiconductor que puede encenderse y apagarse fácilmente, y con suerte reducir sustancialmente los requisitos de energía para una nueva generación. 8 Nuevas formas increíbles de generar electricidad 8 Nuevas formas increíbles de generar electricidad La energía alternativa es un aumento, pero es posible que no conozca todas las opciones. Estas son algunas de las nuevas formas más locas de generar energía. Leer más de transistores ultra-conductores. El grafeno es extremadamente conductor, pero carece de una banda natural, y aquí es donde el fósforo negro podría intervenir.

Producción

El fósforo negro es un alótropo termodinámicamente estable del elemento, el fósforo. Estable a temperatura ambiente, el fósforo negro no es una sustancia "natural" y solo se obtiene calentando fósforo blanco a una presión extremadamente alta, alrededor de 12,000 atmósferas. Los cristales de fósforo negro resultantes presentan capas de nido de abeja arrugadas, con una distancia de capa media de 0,5 nanómetros que no lo creerá: investigación futura de DARPA en computadoras avanzadas que no creerá: investigación futura de DARPA en computadoras avanzadas DARPA es una de las más fascinantes Partes secretas del gobierno de Estados Unidos. Los siguientes son algunos de los proyectos más avanzados de DARPA que prometen transformar el mundo de la tecnología. Leer más, otra característica similar al grafeno.

Una vez creado, el fósforo negro es difícil de fabricar en grandes cantidades en el ancho especificado. El método tradicional, también aplicado a otros materiales bidimensionales, es el de la exfoliación mecánica. En este proceso minuciosamente lento, los investigadores trituran una cantidad de fósforo negro en un polvo comprimido, luego usan cinta adhesiva para pelar las capas lentamente hasta que crean una película de unas pocas capas de espesor. Es limitado y limitante tanto para la fabricación como para la investigación..

Al darse cuenta de cuán restrictivo es este método, Mark C. Hersam, químico de la Northwestern University, desarrolló una nueva técnica que utiliza la química de soluciones para acelerar la producción. Colocan un cristal de fósforo negro y un disolvente en la parte inferior de un tubo ultrasónico, que utiliza una punta de metal que vibra rápidamente para agitar el líquido..

La acción sónica resultante, combinada con el solvente, separa el fósforo negro en las hojas gruesas de nanómetros requeridas, suspendidas dentro del líquido. Luego, los investigadores pueden aplicar una capa de "tinta" sobre las superficies, creando una distribución aleatoria de escamas de fósforo negro delgadas.

Si bien la técnica de ultrasonidos produce un rendimiento ligeramente mayor y es un proceso más rápido, la distribución aleatoria es algo problemática. Para crear transistores realmente eficientes utilizando fósforo negro, los investigadores e ingenieros deben poder recubrir las superficies con una precisión mucho mayor. Este es el próximo objetivo para los investigadores..

Brecha de banda

Una de las principales ventajas del atractivo del fósforo negro es su banda natural. La brecha de banda, o brecha de energía es lo que separa los materiales conductores de los semiconductores. Funciona así:

• El grafeno es un excelente conductor, lo que lo hace atractivo para los procesadores de computadoras. Poca resistencia significa poco calor. Desafortunadamente, todavía no sabemos cómo cambiarlo a un estado no conductor. Los transistores de grafeno no pueden apagarse. Si bien puede haber formas de resolver este problema, nadie los ha resuelto todavía..
• El fósforo negro también es un excelente conductor, pero también tiene una brecha de energía, lo que significa que la cantidad de energía que pasa a través del material se puede cambiar entre conductores y aislantes. Al dopar el fósforo negro, puede crear fácilmente transistores tradicionales. También puede sintonizarlo para producir comportamientos realmente específicos, permitiendo circuitos electrónicos exóticos..

Es esta amplia brecha de banda la que llena a los científicos de materiales Cómo puede ser posible la impresión en 3D de los seres humanos algún día Cómo puede ser posible la impresión en 3D de los seres humanos algún día ¿Cómo funciona la bioimpresión? ¿Qué se puede imprimir? ¿Y será capaz alguna vez de imprimir un ser humano completo? Leer más con entusiasmo. Esto, combinado con la alta fotosensibilidad del fósforo negro, pudo ver el semiconductor utilizado en todo, desde la detección química hasta el circuito óptico..

Circuitos opticos

El fósforo negro también se conoce como “banda directa” semiconductor. Esta es una propiedad rara, lo que significa que el material puede convertir las señales eléctricas de manera efectiva y eficiente en luz, lo que lo convierte en un candidato ideal para la comunicación óptica en el chip. El estudiante graduado del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Minnesota, Nathan Youngblood, cuyo documento sobre fósforo negro apareció en Fotónica de la naturaleza cree:

“Es realmente emocionante pensar en un solo material que se puede usar para enviar y recibir datos de forma óptica y no se limita a un sustrato específico o longitud de onda. Esto podría tener un gran potencial para la comunicación de alta velocidad entre los núcleos de la CPU, que actualmente es un cuello de botella en la industria de la computación en este momento..”

Un reemplazo de silicona?

Si bien es necesario cambiar el nombre de Silicon Valley, el fósforo negro podría ser el material para llevar el diseño del procesador a nuevas alturas. Idealmente, el fósforo negro disminuirá el voltaje de operación de los transistores recubiertos con la 'tinta' mencionada anteriormente. Esto reducirá el calor producido durante el uso, lo que permitirá que los procesadores funcionen más rápido sin sobrecalentarse, un proceso que se ha estancado en gran medida a favor de agregar más núcleos. Esto aumentaría la eficiencia del chip y, lo que es más importante, la potencia de procesamiento general..

La Ley de Moore bien puede continuar el rendimiento de IBM Chip Doubles a 7 nm, prueba de la Ley de Moore hasta el 2018. El rendimiento de IBM Chip Doubles de 7 nm, demuestra la ley de Moore hasta el 2018. Un nuevo y radical avance podría ayudar a estirar los límites un poco más. Leer más según lo previsto!

No solo los transistores podrían beneficiarse del fósforo negro. Otras aplicaciones dentro de la electrónica incluyen: paneles solares, células solares eficientes. Barato. Increíble. Aquí es por qué las nuevas células solares en aerosol son eficientes. Barato. Increíble. Este es el motivo por el que las nuevas células solares rociadoras importan El costo de la energía solar se reducirá de manera precipitada después de que un equipo de científicos que trabajaron en la Universidad de Sheffield en el Reino Unido anunció el desarrollo de células solares mediante un proceso de rociado. Lea más, baterías Tecnologías para baterías que cambiarán el mundo Tecnologías para baterías que cambiarán el mundo La tecnología de baterías ha estado creciendo más lentamente que otras tecnologías, y ahora es el polo de tiendas de campaña en un número asombroso de industrias. ¿Cuál será el futuro de la tecnología de baterías? Leer más, interruptores, sensores, y más. Pero como con la mayoría de los materiales maravillosos, trabajar con, investigar e implementar materiales de nivel atómico Computadoras cuánticas: ¿el fin de la criptografía? ¿Computadoras cuánticas: el fin de la criptografía? La computación cuántica como idea ha existido por un tiempo, la posibilidad teórica se introdujo originalmente en 1982. En los últimos años, el campo se ha acercado a la practicidad. Leer más llevará tiempo, así que no espere una computadora optoelectrónica ¿Cómo funcionan las computadoras óptica y cuántica? ¿Cómo funcionan las computadoras ópticas y cuánticas? La Era Exascal se acerca. ¿Sabe cómo funcionan las computadoras ópticas y cuánticas, y estas nuevas tecnologías se convertirán en nuestro futuro? Leer más jugando a Minecraft La guía para principiantes de Latecomer (Minecraft) La guía para principiantes de (Latecomer) Minecraft Si llega tarde a la fiesta, no se preocupe, esta extensa guía para principiantes lo tiene cubierto. Leer más en cualquier momento pronto.

Deberíamos estar emocionados?

Sí, por supuesto. Literalmente estamos hablando del futuro potencial de la computación y la comunicación óptica. Sin embargo, no debemos regocijarnos y saltar a bordo de un tren de Fósforo Negro, ya que será un largo y antiguo viaje sin un final definitivo a la vista. Materiales asombrosos como el fósforo negro, como el grafeno, como el disulfuro de molibdeno, están listos para cambiar el futuro. Simplemente no tan rápido como nos gustaría.

¿Estás emocionado por los materiales futuristas? ¿O es todo solo un montón de exageraciones? Háganos saber lo que piensas!

Créditos de la imagen: polvo negro de Fablok a través de Shutterstock, alótrofos de fósforo, ampolla de fósforo negro, estructura de fósforo, chip DWave todo a través de Wikimedia Commons, microchip a través de Flickr

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