Vario dienos elektronikos pramonėje yra suskaičiuotos – šią tendenciją darkart patvirtina visai neseniai Renselerio politechnikos institute (JAV) atlikti tyrimai. Tai nebloga žinia technofilams, siekiantiems, kad jų elektronikos įtaisai būtų kuo mažesni ir spartesni.
Kadangi naujai kuriami kompiuterių lustai tampa vis kompaktiškesni, neišvengiamai turi būti mažinamos ir varinės jungtys, kuriomis tiekiama elektros srovė ir kuriami informacijos tiltai. Kuomet šie nepaprastai svarbūs elementai sumažinami, jie pasidaro nebe tokie veiksmingi, suvartoja daugiau energijos, be to, padidėja gedimų tikimybė.
Tam, kad ši problema būtų įveikta, pramonės atstovai ir akademinė bendruomenė bando karštligiškai surasti naujų medžiagų, galinčių tradicinį varį pakeisti kompiuterių jungtyse ir lustuose. Vienas iš galimų variantų yra grafenas – dvimatis vieno atomo storio anglies darinys, suformuojantis taisyklingą gardelę. Nors ši nanomedžiaga pasižymi įspūdingomis fizikinėmis savybėmis, tai iš esmės yra vienas grafito, su kuriuo mes susiduriame į rankas paėmę paprastą pieštuką, sluoksniukas.
Vadovaujami Renselerio politechnikos instituto profesoriaus Sarojaus Najako (Saroj Nayak), tyrėjai išsiaiškino, kad grafeno savybę praleisti elektros srovę galima sustiprinti vieną ant kito sudėjus kelias grafeno juosteles. Mokslininkų darbas, publikuotas žurnale „ACS Nano“, leidžia priartėti prie novatoriškos nanoelektronikos sukūrimo, kurioje varį iš sosto išverčia unikalių savybių grafenas.
„Galimybės grafeną panaudoti konstruojant jungtis – milžiniškos, o kelių šios nanomedžiagos lakštų sudėjimas leidžia kalbėti apie masinę jų gamybą, – pasakoja profesorius, besidarbuojantis Fizikos, taikomosios fizikos ir astronomijos padalinyje. – Vario trūkumai darosi akivaizdūs, kadangi mažesnės jungtys kur kas sunkiau praleidžia elektronus, o tai reiškia daugiau šilumos išskiriančius ir ne tokius patikimus prietaisus. Naujasis mūsų darbas atskleidžia naujos konstrukcijos grafeno juostelių panaudojimo galimybes kuriant integruotųjų grandynų jungtis“.
Darbas, paremtas didelės apimties kvantiniais modeliavimais, buvo atliktas panaudojant Renselerio nanotechnologijų inovacijų skaičiavimo centro superkompiuterį. Tai vienas iš galingiausių universitetinių superkompiuterių visame pasaulyje.
Varinės jungtys turi kelis nemenkus trūkumus, kurie tampa pastebimesni šias mažinant, mat varinėmis nanovielomis elektronai ima judėti vangiai, todėl išsiskiria kur kas didesnis šilumos kiekis. Dėl šios priežasties elektronai tarsi „tempiasi“ vario atomus paskui save. Išjudintieji atomai dar labiau padidina vielos varžą ir sumažina elektrinį laidumą. Kiekvienas užsilaikęs elektronas didina generuojamą šilumos kiekį, kuris gali neigiamai paveikti tiek kompiuterinio lusto spartą, tiek darbo stabilumą.
Yra sutariama, jog norint išlaikyti Mūro dėsniu nusakomą prognozę, esą tranzistorių skaičius kompiuteriniame luste (kartu ir lusto sparta) turi padvigubėti kas maždaug 18 – 24 mėnesius, per artimiausius 5 – 10 metų reikia surasti ir tinkamai įvaldyti deramą tradicinio vario pakaitalą.
S. Najakas teigia, jog grafenas, sukarpytas juostelėmis, turi draudžiamosios energijos tarpą, įsiterpusį tarp valentinės ir laidumo juostų. Kalbant apie jungtis, ši savybė nėra pageidaujama. Naujieji tyrimai rodo, kad nanojuosteles sudėjus vieną ant kitos draudžiamosios energijos tarpas gerokai sumažėja.
„Optimalus tokio darinio storis siekia nuo keturių iki šešių grafeno sluoksnių, – įsiterpia pirmasis straipsnio autorius Niravas Karchė (Neerav Kharche). – Tolimesnis sluoksnių pridėjimas draudžiamosios juostos tarpo iš esmės nebemažina“.
Kaip teigia profesorius, galutinis tikslas yra sukurti funkcionuojančius mikroprocesorius, kurių sudedamosios dalys – tiek jungtys, tiek tranzistoriai – būtų pagamintos tik iš grafeno. Šis uždavinys, jeigu jį pavyktų įgyvendinti, reikštų ilgos vario jungčių ir silicio pagrindo tranzistorių eros pabaigą.
„Nors toks pasiekimas nusimato tik tolimoje ateityje, jis be jokios abejonės iš esmės pakeis beveik visų kompiuterių ir elektronikos įrenginių konstravimą ir gamybą“, – užbaigia pasakojimą mokslininkas.
Paveikslėlyje: naujasis Renselerio politechnikos instituto mokslininkų darbas atskleidžia, kaip kelių grafeno nanojuostelių sudėjimas padidina medžiagos elektrinį laidumą. Šis atradimas dar labiau sustiprina mintį, jog vieną gražią dieną grafenas pakeis varį gaminant jungtis, kuriomis perduodama informacija ir tiekiama elektros srovė kompiuteriniams lustams.
