Станен - новый материал одноатомной толщины, который может потеснить графен в области электроники

Структура станена


Вполне вероятно, что графену придется немного подвинуться с первого места пьедестала почета, которое он занимает в качестве самого перспективного материала для создания электронных устройств и микропроцессоров следующих поколений. А сместить оттуда графен сможет новый материал, станен (Stanene), который также является материалом одноатомной толщины, состоящим из атомов олова и атомов фтора. Согласно расчетам ученых-физиков из Стэндфордского университета и Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC американского Министерства энергетики (US Department of Energy, DOE), этот материал может стать первым в мире материалом, проводящим электрический ток со 100-процентной эффективностью, как при комнатной температуре, так и при более высоких температурах, при которых работают кристаллы современных микропроцессоров.

Название станен происходит от латинского названия олова станнум (stannum), объединенного с окончанием -ен, позаимствованным у названия графен. "Если наши расчеты будут подтверждены результатами экспериментов, которые уже проводятся сейчас в нескольких лабораториях во всем мире, то станен станет материалом, использование которого позволит значительно увеличить скорость работы компьютерных процессоров будущих поколений, снизив при этом количество потребляемой и выделяемой ими энергии" - рассказывает Шоукэнг Занг (Shoucheng Zhang), профессор физики из Стэндфордского университета и руководитель объединенной научной группы.

В течение достаточно долгого времени профессор Занг вместе с его коллегами работали над предварительными расчетами электрических и электронных свойств материалов особого вида, известных как топологические изоляторы. Такие материалы способны проводить электрический ток не через всю площадь их сечения, а только по отдельным участкам, чаще всего по краям и по поверхности. Такие необычные электрические свойства топологических изоляторов обуславливаются сложными взаимодействиями электронов материала и ядер атомов тяжелых элементов. Но если топологический изолятор становится толщиной в один атом, весь этот материал превращается в поверхность, проводящую электрический ток без всяких потерь, со 100-процентной эффективностью.

Вычисления, проделанные группой профессора Занга, показали, что материал, состоящий из одного слоя атомов олова, будет топологическим изолятором, и, как следствие этого высокотемпературным сверхпроводником, "работающим" при комнатной температуре. А добавление атомов фтора в состав этого материала позволило стабилизировать его уникальные свойства и при более высоких температурах, по крайней мере, до 100 градусов по шкале Цельсия. Этот диапазон вполне соответствует температурному диапазону, при котором работают кристаллы большинства микропроцессоров и других электронных чипов.

Для нового материала, станена, ученые видят самую главную область его применения - использование его в качестве материала электрических проводников, которые соединяют в единое целое отдельные элементы и функциональные узлы микропроцессоров. Использование станена в этой роли позволит электронам перемещаться, не встречая сопротивления на своем пути, что приведет к снижению потерь в виде выделяющейся тепловой энергии. "Кроме этого, уникальные свойства станена можно использовать для создания более мелких "кирпичиков", из которых состоят все компьютерные чипы, - транзисторов. Но к этому мы придем лишь после того, как досконально изучим все свойства этого материала и найдем решение некоторых технологических проблем" - рассказывает профессор Занг.

Проблемы технологического плана, о которых упоминает профессор Занг, заключаются в необходимости обеспечения целостности и сохранности одноатомного материала из относительно легкоплавкого олова во время высокотемпературных процессов при производстве полупроводниковых чипов. Но, будем надеяться, что ученые найдут приемлемое решение вышеописанной проблемы и мир в недалеком будущем увидит новые малопотребляющие и высокопроизводительные микропроцессоры.




Ключевые слова:
Графен, Станет, Толщина, Материал, Атом, Олово, Фтор, Топологический, Изолятор, Сверхпроводник, Температура, Сопротивление, Микропроцессор, Чип

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые научились получать электрический ток без затрат энергии
  • Графен, "украшенный" литием, становится сверхпроводником
  • Разработан новый сверхпроводящий материал на основе графена
  • Ученые получили новую форму графена, обладающую магнитными свойствами.
  • Ученые обнаружили материал со свойствами, во многом подобным свойствам граф ...




  • 27 ноября 2013 07:03
    #1 Написал: TheUniverseOfDeath

    Публикаций: 0
    Комментариев: 153
    Что-то тут не так. Если материал действительно будет сверхпроводником до 100 градусов цельсия, то тут нужно говорить не про "малопотребляющие и высокопроизводительные микропроцессоры", а про 10 нобелевских премий, ибо такой сверхпроводник позволит вступить человечеству в новую эру. Технология промышленного производства этого материала едва ли не равноценна покорению атома.

    Вот почему я так считаю:

    1. Возможность передачи электроэнергии на любые расстояния полностью изменит энергетическую инфраструктуру в планетарном масштабе.

    2. Возможность создавать магнитные поля огромной мощности (в сотни тесла) компактными устройствами с небольшим энергопотреблением и как следствие создание бесконтактных механических устройств, что уменьшит износ механизмов в сотни раз.

    3. Антигравитационные колеса для автомабилей
    4. Процессоры в миллиарды раз производительнее современных суперкомпьютеров в корпусе размером с коробок спичек и работающих от батареек.

    Скромные, короче, ребята.
        
    27 ноября 2013 09:32
    #2 Написал: ProkletyiPirat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    TheUniverseOfDeath
    вы путаете тёплое с мягким...
    1."100% эффективности" != (не равно) "0% потерь энергии на N км"

    2.сейчас энергоёмкость электроэнергии (точнее способов её хранения) по сравнению с нефтью\углём в десятки тысяч раз меньше, и это даже без учёта внешних факторов. так что ещё и на магнитные поля энергии не хватит

    3.0. Вообще то приставка "анти" тут явно не к месту. "Антигравитационные" означает "управление, подавление, уменьшение гравитации" а гравитацией люди пока ещё не научились управлять, люди только только нашли частицу которая придаёт вес другим частицам , ну по крайней мере "думают" что нашли...

    3.1. То что вы называете "Антигравитационные колеса" на самом деле называется "подшипник на магнитной подушке" ну или "колесо на МП" или "магнитный подшипник", и они ещё крайне не стабильны, особенно на малых оборотах.

    4.спичечный коробок в миллиарды раз?, это наврятли, это если и произойдёт то только после изобретения новых способов программирования (параллельного программирования). Если быть точнее то после изобретения новых способов параллельного доступа к памяти, а то семофоры и атомарные операции лишь костыли...
        
    28 ноября 2013 00:30
    #3 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 506
    Да уж, начнем с конца. К антигравитации этот материал вообще никакого отношения не имеет, так что п.3 можно просто вычеркнуть.
    Пункт 4 так же не понятно, с чего вдруг? Наличие таких проводников между элементами, собственно, никак не ускорит работу процессоров. Разве что косвенно - они будут меньше греться из-за отсутствия разогрева проводников. Это лишь даст возможность немного поднять тактовые частоты, не более того. Основные проблемы быстродействия и потери - в транзисторах и синхронизации многочисленных блоков, регистров и разноскоростных уровней памяти. Тут это не сильно-то и поможет.
    П.1 и 2, может и да, но скорее всего - нет. Сверхпроводников разных полно уже нашли, но у всех разные проблемы и ограничения, и критическая температура далеко не главное препятствие к их массовому применению. Жидкий азот не особенно дорог, однако сами материалы слишком нетехнологичны: хрупки, сложны и дороги в изготовлении, имеют невысокие пороги силы тока или магнитного поля, при которых сверхпроводимость разрушается. Если новый материал преодолеет хотя бы часть этих проблем, то это уже будет повод для нобелевки. Поживем - увидим.
        
    3 августа 2014 22:43
    #4 Написал: мегаХРУСТ

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    В статье ясно указано что у этого материала может быть только узкий спектр применения, это будет в основном основания для производства более быстрых микропроцессоров и микросхем. Делать их них полноценные проводники - это преребор, этот материал имеет свои феноменальные свойства только когда его толщина всего 1 атом, даже если у него почти абсолютная проводимость то как он сможет проводить большёй ток не имея большёй площади (ток ведь проходит по поверхности)! Даже если бы проводник смогли сконструировать в виде миллионов между собой связанных сверхкрепких нанотрубок то это было бы очень дорогое удовольствие в плане производства и эксплуатации! Старые добрые Медь и Алюминий будут ещё долго стоять на страже перевозки эл. энергии на дальние расстояния, хотя кто знает как будет всё в будущем!
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.