Vyšší výkon počítačov by mohli zabezpečiť nové materiály, hlavne grafén

Na ceste k vyššiemu výkonu počítačov sa nám v súčasnosti ponúkajú dve mierne odlišné riešenia. Prvé z nich spočíva vo vylepšovaní existujúcej architektúry počítača pomocou lepších materiálov, než je kremík.

V druhom ide o zmenu architektúry počítača – reč je o takzvaných kvantových počítačoch. Tie pracujú s informáciou úplne odlišným spôsobom ako klasické počítače. Nepredstavujú však univerzálne vylepšenie, klasické počítače prekonávajú iba v riešení niektorých úloh.

Využitie grafénu v počítačoch

V súčasnej polovodičovej architektúre by nás výrazne ďalej mohol posunúť výskum o graféne. V septembri ho publikoval Edward Conrad z Technologického inštitútu v Atlante a jeho tím v časopise Physical Review Letters.

Polovodičové materiály nám umožňujú vyrábať súčiastky, ktoré majú rôzne vlastnosti podľa toho, akým smerom nimi tečie elektrický prúd. Kovové materiály nám takéto možnosti neponúkajú.

Dnes sme takmer na hranici možností zmenšovania polovodičových súčiastok (tranzistorov) na báze kremíka. Blížime sa k škále, kde nám začnú prekážať niektoré kvantové efekty. Prirodzeným riešením je použitie iného materiálu – IBM začalo nedávno zavádzať technológie, ktoré pracujú na báze kremík/germánium.

Jedným z ideálnych materiálov by bol grafén. Jeho výskum je dnes veľmi živou oblasťou, už priniesol jednu Nobelovu cenu. Problém, ktorí vedci riešia, je ten, že doterajšie postupy výroby grafénových vzoriek musíme zmeniť tak, aby sme namiesto kovového grafénu dostali „dostatočne dobrý“ polovodič.

Chcú narušiť symetriu grafénu

Jedným z centrálnych pojmov modernej fyziky je koncepcia symetrie, do hry vstupuje aj v tomto prípade. Ak by sa nám v postupe prípravy grafénu podarilo narušiť jednu z mnohých symetrií jeho dvojrozmernej šesťuholníkovej mriežky, dostali by sme grafén v želanom polovodičovom stave. Zjednodušene si to môžeme predstaviť tak, že každý druhý atóm uhlíka v mriežke potrebujeme istým spôsobom „zmeniť“.

Keďže grafén je dvojrozmerný materiál, tak s ním vo väčšine prípadov pracujeme vo forme vrstvy na „podložke“. Ak by použitá podložka mala špeciálnu štruktúru, ktorá by vhodne ladila s mriežkou grafénu, vedeli by sme napríklad pod každý druhý atóm v grafénovej mriežke umiestniť nejaký ďalší, vždy rovnaký atóm.

Týmto smerom sa pustila skupina okolo Conrada. Podarilo sa im pripraviť grafénovú vrstvu na karbide kremíka (SiC), ktorá má uvedené vlastnosti. Na rozdiel od doteraz použitých prístupov sa dá dobre kontrolovať a prináša polovodičový grafén s rádovo lepšími vlastnosťami.

Nie je teda vylúčené, že sa grafén v budúcnosti dostane do našich smartfónov a počítačov ako základný stavebný prvok.

Dostupné z: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.136802