Trong một nỗ lực mang lại cho các thế hệ tiếp theo cho máy tính, nhiều đội ngũ nghiên cưú trên khắp thế giới đã thử nghiệm ống nanocarbon- một trong những vật liệu dẫn tốt nhất từng được phát hiện. Hiện tại, các nhà khoa học đã sử dụng vật liệu bán dẫn ống nano carbon phối hợp với silicon.
Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã xây dựng được một vật liệu bán dẫn là các ống nanocarbon có thể chạy gần như gấp đôi so với vật liệu silicon.
Điều này có ảnh hưởng rất lớn, vì trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng tìm cách để xây dựng thế hệ tiếp theo cho máy tính sử dụng các thành phần ống nanocarbon, vì cấu trúc độc đáo của vật liệu các thiết bị có hiệu suất nhanh hơn mà tiêu thụ điện năng ít hơn.
“Làm các ống bán dẫn bằng nanocarbon tốt hơn các ống bán dẫn là từ silicon là một bước tiến lớn” tiết lộ bởi Michael Arnold từ đội ngũ nghiên cứu, Đại học Wisconsin-Madison. “ Thành tích này đã là một giấc mơ của công nghệ nano trong suốt 20 năm qua”.
Lần đầu tiên phát triển là vào năm 1991, các ống nanocarbon về cơ bản là các ống hút carbon nhỏ xíu với độ dày là 1 atom.
Hãy tưởng tượng một ống nhỏ hình trụ đó là khoảng nhỏ hơn chiều rộng của một sợi tóc con người 50,000 lần, và được làm từ các nguyên tử carbon được sắp xếp trong hình lục giác. Đó là những gì một dây ống nanocarbon bạn có thể hình dung ra ở cấp độ nguyên tử.
Bởi vì kích thước của chúng, các ống nanocarbon có thể được gói gọn thành 1 ống với cả triệu ống mà có thể hoạt đống giống như một ống bán dẫn silicon- thiết bị chuyển mạch điện tạo thành trung tâm xử lý của máy tính ( CPU).
Mặc dù là vô cùng nhỏ, các ống nanocarbon có một số đặc tính độc đáo mà làm cho nhiều kỹ sư ao ước.
Chúng mạnh hơn 100 lần so với thép, nhưng nặng chỉ bằng 1/6. Có tính co giãn và linh hoạt như sợi vải, và có thể tạo nên 1 bức tường dày 1 atom và dài đến hàng trăm microns.
Trung tâm sản xuất ống nanocarbon ở Washington, NanoScience Intruments, “ Nếu ống nanocarbon được làm bằng kích thước sợi tóc, nó sẽ dài tới 40 mét”
Và đây là phần hay nhất: chỉ cần vật liệu dày 1 atom, vật liệu ống nanocarbon, graphene là vật liệu dẫn tốt nhất từng được phát hiện.
Giữa các nguyên tử có lực liên kết mạnh, giữ các nguyên tử carbon lại với nhau trong một mô hình lục giác, các ống nanocarbon có thể tạo ra một hiện tượng được gọi là mở rộng điện tích, cho phép điện tích tự do di chuyển qua nó.
Sự sắp xếp của các nguyên tử carbon cũng cho phép khả năng truyền nhiệt ổn định qua ống, trong đó nó cho phép truyền nhiệt khoảng 15 lần vo với độ dẫn nhiệt và 1000 lần công suất hiện tại của ống đồng, trong khi duy trỳ một tỷ trọng chỉ bằng ½ nhôm ( Al).
Với những đặc tính tuyệt vời đó, và những tính chất trong vật liệu bán dẫn, nó có thể là câu trả lời của chúng tôi về việc giảm vật liệu silicon trong máy tính.
Ngay bây giờ, tất cá các máy tính của chúng tối đang chạy trên bộ vi xử lý silicon và chip bộ nhớ, nhưng chúng tôi đã đạt đến giới hạn tốc độ mà vật liệu silicon có thể tạo ra. Nếu các nhà khoa học có thể tìm ra cách thay thế các phần silicon với các ống nanocarbon, trong lý thuyết chúng có thể như là 1 lực đẩy tốc độ tăng gấp năm lần hiện nay.
Nhưng có một vấn đề lớn với các ống nanocarbon trong việc sản xuất hàng loạt-việc cô lập các tạp chất kim loại nhỏ bám trong quá trình sản xuất, một chút nhỏ thôi cũng có thể gián đoạn tính bán dẫn của vật liệu.
Nhưng Arnold và đội ngũ của ông cuối cùng đã tìm ra cách để loại bỏ hầu như tất cả các tạp chất” Chúng tôi đã xác định các điều kiện cụ thể mà bạn có thể loại bỏ gần như tất cả các ống nano kim loại, nơi chúng tooi có ít hơn 0,01 % ống kim loại”, ông nói.
Như Daniel Oberhaus giải thích cho tạp chí Motherboard, kỹ thuật đề kiểm soát trình tự các ống nanocarbon trong một dung dịch polymer, không chỉ cho phép các nhà nghiên cứu để làm sạch các tạp chất, mà còn điều chỉnh khoảng cách thích hợp cho các ống nano mỏng.
“ Kết quả cuối cùng là các ống nano có tạp chất kim loại ít hơn 0,01 %, tích hợp trên 1 bóng bán dẫn là đã có thể đạt được 1 dòng điện cao hơn 1,9 lần so với hầu hết các thiết bị sử dụng vật liệu silicon ngày nay”, ông nói.
Các mô phỏng đã gợi ý rằng ở dạng tinh khiết nhất của ống nanocarbon, nó có thể thực thiện nhanh hơn 5 lần hoặc sử dụng năng lượng ít hơn 5 lần so với các bóng bán dẫn silicon, vì kích thước siêu nhỏ cho phép chuyển đổi tín hiệu qua lại rất nhanh.
Điều này có nghĩa là pin điện thoại sẽ có thời lượng sử dụng lâu hơn, hoặc thông tin liên lạc hoặc tốc độ xử lý nhanh hơn, nhưng các nhà khoa học phải làm một chiếc máy tính với các vật liệu bán dẫn là ống nanocarbon trước khi chúng ta biết chắc chắn.
Nghiên cứu được công bố trên Science Advances.