Các nhà nghiên cứu tại Penn State đã chế tạo thành công chiếc máy tính đầu tiên trên thế giới sử dụng vật liệu 2D thay vì silicon, tạo ra một thiết bị hoạt động ở tần số 25 kilohertz. Mặc dù đây là một bước đột phá lớn trong việc vượt qua công nghệ silicon, cộng đồng công nghệ đang tích cực thảo luận về cả tiềm năng và những hạn chế hiện tại của nó.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng molybdenum disulfide và tungsten diselenide - những vật liệu chỉ dày một nguyên tử - để tạo ra một chiếc máy tính hoạt động được. Những vật liệu này vẫn duy trì được tính chất điện tử ngay cả ở độ dày nguyên tử, không giống như silicon bị suy giảm khi kích thước nhỏ lại.
Thông số kỹ thuật chính:
- Tần số hoạt động: Lên đến 25 kHz
- Điện áp hoạt động: Dưới 3V
- Số lượng transistor: Hơn 1.000 transistor mỗi loại (loại n và loại p)
- Vật liệu sử dụng: Molybdenum disulfide (loại n), Tungsten diselenide (loại p)
- Kiến trúc: CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)
- Phương pháp chế tạo: Lắng đọng hơi hóa học kim loại hữu cơ (MOCVD)
 |
|---|
| Tin Nóng: Một bước đột phá lớn với máy tính 2D không sử dụng silicon đầu tiên trên thế giới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu Penn State |
Câu hỏi về hiệu suất chiếm ưu thế trong các phản ứng ban đầu
Tần số hoạt động 25 kHz đã trở thành tâm điểm thảo luận của cộng đồng. Những người đam mê công nghệ đang đặt câu hỏi liệu giới hạn tốc độ này có phải là cơ bản hay chỉ đơn giản là kết quả của giai đoạn phát triển ban đầu. Bài báo nghiên cứu chỉ ra rằng điện dung ký sinh là ràng buộc chính, cho thấy rằng những cải tiến quy trình có thể tăng hiệu suất đáng kể.
Vì điện dung tỷ lệ với diện tích trong vật liệu 2D, việc đơn giản làm nhỏ các thành phần có thể giảm đáng kể những tác động ký sinh này. Điều này mang lại hy vọng rằng các phiên bản tương lai có thể hoạt động nhanh hơn nhiều so với nguyên mẫu ban đầu này.
Lựa chọn vật liệu gây ra những lo ngại thực tế
Việc sử dụng molybdenum disulfide và tungsten diselenide đã khơi mào cuộc tranh luận về chi phí và độ phức tạp sản xuất. Một số thành viên cộng đồng chỉ ra rằng tungsten đắt hơn đáng kể so với silicon, mặc dù những người khác lập luận rằng lượng nhỏ được sử dụng trong chip máy tính làm cho chi phí trở nên ít liên quan hơn.
Thú vị là, molybdenum disulfide thường được biết đến như một chất bôi trơn cho các ứng dụng hàng ngày. Hiệu quả của nó như một chất bôi trơn đến từ cùng một tính chất làm cho nó hữu ích cho điện tử - nó dễ dàng tách thành các lớp 2D.
So sánh thời gian phát triển
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng vật liệu 2D chỉ được nghiên cứu nghiêm túc từ khoảng năm 2010, so với lịch sử phát triển 80 năm của silicon. Quan điểm này đã có tiếng vang với cộng đồng công nghệ, vì nhiều người nhận ra rằng các máy tính silicon ban đầu cũng chậm và hạn chế so với các bộ xử lý ngày nay.
Công nghệ silicon đã được phát triển trong khoảng 80 năm, nhưng nghiên cứu về vật liệu 2D tương đối gần đây, chỉ thực sự xuất hiện vào khoảng năm 2010.
Nhóm đã xây dựng máy tính của họ bằng cách sử dụng hơn 1.000 transistor của mỗi loại, chứng minh rằng phương pháp này có thể mở rộng vượt ra ngoài các mạch chứng minh khái niệm đơn giản.
So sánh Tiến trình Phát triển:
- Phát triển công nghệ silicon: ~80 năm (từ những năm 1940)
- Nghiên cứu vật liệu 2D: ~15 năm (từ năm 2010)
- Hạn chế hiện tại: Điện dung ký sinh hạn chế tốc độ
- Ràng buộc hiệu suất: Tần số thấp so với mạch CMOS silicon
Ứng dụng tương lai và suy đoán
Các cuộc thảo luận cộng đồng đã trải dài từ ứng dụng thực tế đến các kịch bản khoa học viễn tưởng. Một số gợi ý rằng những vật liệu này có thể hữu ích cho các môi trường khắc nghiệt như sao Kim, do điểm nóng chảy cao của chúng. Những người khác tự hỏi về việc tích hợp với các công nghệ mới nổi như máy tính photonic.
Nghiên cứu này đại diện cho nhiều hơn chỉ một thành tựu kỹ thuật - nó mở ra những khả năng mới cho thiết bị điện tử mỏng hơn, tiết kiệm năng lượng hơn. Mặc dù tốc độ 25 kHz hiện tại có vẻ chậm theo tiêu chuẩn hiện đại, bước đột phá cơ bản trong việc tạo ra một máy tính không sử dụng silicon hoạt động được đánh dấu một bước quan trọng hướng tới đa dạng hóa công nghệ bán dẫn.
Thời gian phát triển cho các máy tính 2D thực tế vẫn còn không chắc chắn, nhưng nghiên cứu này cung cấp nền tảng vững chắc cho những cải tiến tương lai về cả tốc độ và quy trình sản xuất.