KIBER.INFO

Физики из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) синтезировали наноматериал, который способен стать основой для электронных устройств будущего,— соты из атомов углерода.

Сообщение о синтезе новой наноструктуры появилось в журнале Nature и сообщении университета. Важность открытия обусловлена тем, что углеродные наноструктуры проявляют свойства полупроводников и способны в перспективе заменить используемый сейчас в микроэлектронике кремний. Впрочем, электронные схемы на основе углеродных наносот и листов графена можно называть уже нано-, а не микроэлектронными.

Волшебное слово «нано»

Необходимо отметить, что приставка «нано» здесь действительно играет ключевую роль в физическом, а не только в рекламном смысле. Если взять частицу углерода в виде графита или алмаза (две известные по школьной программе формы этого элемента), то ее свойства будут кардинально отличаться от свойств тонкой пленки углерода толщиной всего в один атом. Листы из атомов углерода, называемые графеном, становятся полупроводниками, причем по ряду параметров в ряде случаев превосходящими обычный кремний. Если бы на их основе удалось наладить массовое производство микросхем, то такие чипы тоже работали бы быстрее обычных.

В предыдущем абзаце необходимо подчеркнуть два оборота: «в ряде случаев» и «если бы». Как пишут ученые в аннотации к своей статье, хорошие электрические характеристики появляются даже не просто у листа графена, а у упорядоченных «сот» из полосок углеродной одноатомной пленки. Которые вплоть до недавнего момента получить не удавалось.

Наносоты 

Использованный физиками метод заключался не в том, что под микроскопом исследователи переносили наноструктуры в нужном направлении. Такой подход, кстати, не столь уж невозможен в принципе: в лабораториях IBM сотрудники вручную сложили название фирмы из атомов золота еще в начале 1990-х годов. Но для промышленного использования подобные методы, естественно, неприменимы. Упорядоченные поверхности, называемые также наноматериалами, растут сами, подобно кристаллам льда на стекле. В задачу ученых входит подобрать параметры химической реакции, приводящей к формированию нужной структуры.

18 см — повод для гордости

Углеродные нанотрубки, длинные цилиндры из атомов углерода (толщина стенки — один атом), тоже собираются за счет химических реакций. Причем в 2009 г. китайским исследователям удалось вырастить нанотрубки длиной 18 сантиметров. Это уже далеко не микроскопический масштаб.

Это непростое задание, так как предсказать поведение осаждаемых на поверхность молекул сложно. А решать задачу путем простого перебора всех возможных условий (состав смесей, температура и давление, используемые катализаторы) невозможно из-за большого числа вариантов. Исследователи, получившие в итоге наносоты, использовали метод, разработанный еще в 1990-х годах — блоковую сополимерную литографию.
 
Блок-сополимеры — это, как следует из названия, разновидность полимеров, то есть длинных цепочек молекул из одинаковых звеньев. Точнее, почти одинаковых, так как в отличие от, к примеру, полиэтилена, блок-сополимеры образованы сращиванием двух разных цепочек из звеньев разной структуры.

Как это устроено?

Если обычный полимер выглядит как цепочка вида «А-А-...-А-А», то блок-сополимер устроен как «А-А-...-А-Б-...-Б-Б».

Так как цепочки неоднородны, то они могут, например, слипаться определенными участками и формировать упорядоченную структуру. Варьируя состав цепочек блок-сополимеров и меняя условия эксперимента, можно добиться того, что из них соберется интересующая ученых структура. Правда, пока что не те самые графеновые наносоты. Для получения наносот полимер потребуется еще и испарить.

От материала к деталям

На получении графеновых наносот исследователи не остановились. Из этого материала были изготовлены экспериментальные полупроводниковые устройства, непригодные пока что для промышленного производства, но позволившие убедиться в том, что наносоты все-таки ведут себя именно так, как и ожидали ученые.

Число деталей

Процессор ноутбука, на котором была написана эта статья, имеет 47 млн транзисторов, которые потребовалось соединить определенным образом друг с другом внутри кристалла площадью 26 квадратных миллиметров.

Указанные числа — далеко не предел. Внутри высокопроизводительного настольного компьютера суммарное число транзисторов в процессоре и видеокарте может перевалить и за миллиард. Поэтому говорить о том, что графеновые транзисторы в ближайшие годы заменят кремниевые, все-таки не приходится. Исследователям во всем мире предстоит еще разработать технологии, позволяющие получать не просто отдельные транзисторы, а сложные схемы, и не в единичных экземплярах, а в условиях поточного производства. Впрочем, если вспомнить что первый транзистор как таковой появился лишь во второй половине XX века — это не кажется столь уж нереальным.

Источник: Gzt.ru