Γραφένιο και Η/Υ: Υψηλές ταχύτητες με μικρή κατανάλωση ενέργειας (βίντεο)

Η ανακάλυψη του γραφενίου το 2004 και οι μελέτες που έγιναν, έδειξαν πως είναι ένα υλικό “θαύμα” με σημαντικές ιδιότητες. Μια από αυτές είναι η δέκα φορές καλύτερη θερμική αγωγιμότητα σε σύγκριση με το χαλκό, ενώ σε θερμοκρασία δωματίου, το γραφένιο έχει 250 φορές καλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα από το πυρίτιο, καλύτερη από κάθε άλλο γνωστό υλικό.

Οι ιδιότητες αυτές οδήγησαν σε ομάδα ερευνητών από πολλά πανεπιστήμια των Η.Π.Α στο να κατασκευάσουν τρανζίστορ βασισμένα σε γραφένιο τα οποία λειτουργούν καλύτερα από αυτά του πυριτίου στους σημερινούς ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Τα τρανζίστορ αποτελούν το κλειδί στα κυκλώματα των Η/Υ μιας και αυτά λειτουργούν σαν διακόπτες ON/OFF που επιτρέπουν τη διέλευση των ηλεκτρονικών σημάτων και του ηλεκτρικού ρεύματος. Αποτελούν την “καρδιά” των μικροεπεξεργαστών και επιτρέπουν σε αυτούς να λύνουν λογικά και αριθμητικά προβλήματα.
Ο Royan Gelfand, βοηθός καθηγητής του University of Central Florida, αναφέρει πως “αν θέλουμε να επεκτείνουμε τα όρια της τεχνολογίας και να κάνουμε βήματα μπροστά, χρειαζόμαστε πολύ πιο γρήγορους Η/Υ ικανούς να “τρέχουν” μεγαλύτερες και καλύτερες προσομοιώσεις για την επιστήμη και την εξερεύνηση του διαστήματος”. Και συνεχίζει λέγοντας “για να φτάσουμε στο σημείο αυτό, δε μπορούμε να βασιζόμαστε άλλο σε τρανζίστορ πυριτίου”.
https://youtu.be/Mcg9_ML2mXY
Οι μικροεπεξεργαστές βασισμένοι στα τρανζίστορ πυριτίου έχουν επεξεργαστική ισχύ μεταξύ 3GHz και 4GHz από το 2005 και υπάρχει περιορισμός στο μέγεθος του σήματος καθώς και της ενέργειας που χειρίζονται εξ αιτίας της ανθεκτικότητας του υλικού. Η ομάδα των ερευνητών βρήκε έναν τρόπο να ξεπεράσουν τους περιορισμούς αυτούς χρησιμοποιώντας γραφένιο αντί πυριτίου.
Οι ερευνητές έφτιαξαν μια μικροκατασκευή με τη χρήση ενός λεπτού φύλλου από γραφένιο το οποίο φόρτισαν μαγνητικά, βοηθώντας τους να διαπιστώσουν ότι μπορούν να ελέγξουν την αντίσταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Με τη χρήση πολλαπλών νανοσωλήνων σε κοντινή απόσταση, για να μπορούν να αυξάνουν και να μειώνουν την ποσότητα του ηλεκτρικού ρεύματος, διαπίστωσαν πως το μαγνητικό πεδίο μπορούσε να ελέγξει τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος.
Η ομάδα που ανέπτυξε τα λογικά κυκλώματα με τρανζίστορ βασισμένα στο γραφένιο, βελτίωσε την ταχύτητα των μικροεπεξεργαστών κατά χίλιες φορές καταναλώνοντας το 1% της ενέργειας που απαιτούσαν οι υπολογιστές βασισμένοι στο πυρίτιο. Επίσης, τα κυκλώματα αυτά ήταν μικρότερα από αυτά του πυριτίου, επιτρέποντας την κατασκευή μικρότερων ηλεκτρονικών συσκευών. Σημαντικό επίσης είναι το ότι μια παρόμοια έρευνα ασχολήθηκε με τη χρήση γραφενίου για την κατασκευή πυκνωτών για τους κβαντικούς υπολογιστές.
Τέλος, αναφέρθηκε πως ένας υπολογιστής βασισμένος αποκλειστικά στο γραφένιο είναι κάτι το οποίο βρίσκεται ακόμα στα χαρτιά αλλά παρ’ όλα αυτά, ένα πρωτοτυπο μοντέλο βρίσκεται ήδη υπό κατασκευή. Οι ερευνητές επίσης αναφέρουν πως οι εξαιρετικές ιδιότητες του γραφενίου θα μπορούσαν να καταγράψουν Terahertz ταχύτητες ενώ ταυτόχρονα θα καταναλώνουν πολυ λιγότερη ενέργεια.
[techblog.gr]