Pierwszy komputer w technologii 2D, bez użycia krzemu

Naukowcy po raz pierwszy wykorzystali materiał 2D o grubości zaledwie jednego atomu do stworzenia prostego komputera. To krok w stronę cieńszej, szybszej i bardziej wydajnej energetycznie elektroniki.

Komputer bez krzemowych półprzewodników

.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.

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”.

Wykorzystanie materiałów 2D

.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”.

Technologie cyfrowe a społeczne nierówności

.Profesor zwyczajny w Polskiej Akademii Nauk, Michał KLEIBER, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Czy technologie cyfrowe, rozumiane jako internet, smartfony i wszystkie inne urządzenia wykorzystywane do zbierania, przechowywania, analizowania i dystrybucji informacji, wpływają na zmniejszenie, czy zwiększenie istniejących na świecie nierówności? Nierówności rozumianych jako zróżnicowane możliwości dostępu ludzi do materialnych i niematerialnych dóbr współczesnej cywilizacji, drastycznie wpływających na dobrostan znacznej części ponad ośmiomiliardowej populacji świata„.

„Na nierówności te ma oczywiście wpływ wiele czynników, ale wobec tempa rozwoju nowych technologii i ich wpływu na funkcjonowanie społeczeństw, pytanie o ich wpływ na społeczne problemy jawi się jako bardzo ważne przy próbie ocenie przyszłości naszej cywilizacji. Technologie cyfrowe zrewolucjonizowały edukację i naukę, pracę i kontakty międzyludzkie, dostęp do informacji i usług, różne formy rozrywki. Niestety, wprowadziły także nowe formy społeczno-ekonomicznych nierówności wywołane nierównym dostępem do cyfrowych osiągnięć i olbrzymie różnice w umiejętnościach ich wykorzystywania. Pamiętajmy przy tym, że jedna trzecia ludności świata, mieszkająca głównie w krajach rozwijających się, ciągle nie ma internetu lub nie potrafi z niego korzystać, zasadniczo pogarszając swoje perspektywy edukacyjne i zawodowe”.

„Problemy społecznych nierówności stały się dzisiaj bardzo widoczne, występując w różnej postaci i różnym wymiarze praktycznie wszędzie na świecie prowadząc niekiedy do poważnych konfliktów. Powodów jest wiele, a należą do nich konsekwencje demograficzne, historia kształtowania się państw, zniszczenia wojenne, niedemokratyczne metody rządzenia i autorytarne aspiracje niektórych polityków, dyskryminacje rasowe czy niedostatki edukacyjne. Nierówności te dotyczą głównie krajów rozwijających się, ale mają one także miejsce w społeczeństwach krajów rozwiniętych, co powodowane jest silnym wpływem nowych technologii na rynki. Masowe demonstracje i strajki sygnalizujące istotne problemy nierównościowe występują dzisiaj nawet w państwach uważanych od lat za swego rodzaju ostoję demokracji i stabilnego wzrostu gospodarczego, w tym także w państwach europejskich – Wielkiej Brytanii, Francji, Włoszech czy Hiszpanii. Spektakularnym przykładem jest też np. region Doliny Krzemowej w amerykańskim stanie Kalifornia, gdzie szybkiemu wzrostowi dochodów osób zaangażowanych w tworzenie i dystrybucję nowych technologii, generującemu zresztą także wzrost średniego wynagrodzenia całej populacji, towarzyszy coraz większa liczba osób mieszkających na ławkach w okolicznych parkach. Czyżby to miała być okazja do przyjrzenia się temu, co nas czeka w nieodległej przyszłości?” – pisze prof. Michał KLEIBER w tekście „Technologie cyfrowe a społeczne nierówności” – cały artykuł [LINK]

Marek Matacz/PAP/eg