ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Силицен: материал будущего для производства компьютерных чипов

1 2 34

Еще в 2010 году создание силицена — кремниевой структуры толщиной в один атом — казалось чисто теоретической идеей. Однако новый экзотический материал действительно создан, и ученые обнаружили, что электрические свойства силицена могут привести к раскрытию невиданного потенциала в увеличении мощности компьютерных чипов нового поколения.

По мнению компьютерного инженера Дежи Акинванде и его исследовательской команды из Университета Техаса в Остине, выпуск транзисторов на основе силицена способно произвести революцию в индустрии производства полупроводниковых материалов. Переход на такой уровень производства позволит создать гораздо более быстрые, компактные и более эффективные (потому что структура силицена позволяет электронам сталкиваться с меньшим сопротивлением на своем пути) компьютерные чипы. Однако важнейшее значение здесь, по мнению Акинванде, играет «возможность эффективного производства и изготовления силиценовых устройств при более низких температурах».

Несмотря на свою недолгую историю, силицен заработал репутацию материала, с которым невероятно трудно работать. Как и в случае графена, состоящего из углерода, толщина силицена всего в один слой атомов кремния, наделяющая его необычными свойствами, делает новый материал весьма сложным для производства. Кроме того, в отличие от того же графена, силицен становится нестабильным при контакте с воздухом.

Исследователи разработали метод изготовления силицена, в рамках которого основной компонет располагается между тонкими слоями серебра и оксида алюминия (обычно можно найти в определенных видах обычных и драгоценных камней) толщиной в один нанометр. Оба слоя создают защитную оболочку для пластины из диоксида кремния. После обработки серебряный слой аккуратно снимают, оставляя два электрических контакта и тонкую пластину силицена между ними. Таким образом получают силиценовый транзистор.

Возможно, данный метод не подойдет для коммерческой практики, однако является весьма важным первым шагом на пути к возможности его использования. Акинванде отмечает, что постарается найти новые методы производства силицена и надеется, что к его работе присоединяться и другие заинтересованные стороны.

Учёные активно изучают возможности получения новых материалов, аналогичных графену, — состоящих из слоя вещества толщиной в один атом. Существенный прогресс в последнее время был продемонстрирован в получении фосфорена.

Фосфорен — материал, состоящий из одного слоя атомов фосфора.

Графе́н — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом

В январе этого года были опубликованы работы сразу двух независимых групп, американской и китайской, которым удалось значительно продвинуться в получении фосфорена. Получают фосфорен из так называемого чёрного фосфора — слоистого материала, похожего на графит, из которого получают графен. Чёрный фосфоризвестен с 1960-х годов, но только в 2013 году начались попытки выделить из него отдельный слой. В работах, о которых идёт речь, чёрный фосфор был очищен до толщины в два — три атомных слоя. Интересно, что, как и при первом получении графена в 2004 году, для снятия лишних слоёв использовалась банальная липкая лента.

Получение новых материалов, состоящих из одного слоя атомов различных веществ, стало в последние годы одним из заметных направлений в материаловедении. Учёные даже окрестили этот тренд «постграфеновой эрой».

Графен, представляющий собой один слой атомов углерода, обладает уникальными свойствами, делающими его практически идеальным для использования в электронных устройствах. В частности, графен отличается исключительно высокой подвижностью электронов, то есть хорошо проводит электричество, а также тепло. Проблема заключается в том, что в графене отсутствует так называемая запрещённая зона — интервал энергий, которые электрону иметь запрещено. Наличие такой зоны крайне желательно, поскольку она является основой всей современной полупроводниковой электроники, позволяя создавать такие важнейшие элементы, как диоды и транзисторы.

Именно поэтому активно идут поиски веществ с высокой подвижность электронов, и одновременно с наличием запрещённой зоны. Поскольку высокая электропроводность графена во многом связана с его двумерной, плоской структурой, то и новые материалы ищут среди тех веществ, которые способны образовать двумерную сетку. В июле 2013 года путём численного моделирования удалось обнаружить 92 кандидата в такие материалы, но их экспериментальное получение оказалось связанным с большим количеством сложностей.

Как и графен, фосфорен состоит из шестиугольников, но не является полностью плоским — некоторые атомы находятся чуть выше плоскости, другие — чуть ниже. Это, однако, несильно замедляет электроны по сравнению с графеном. В то же время фосфор обладает запрещённой зоной, позволяющей ему в разных условиях то проводить ток, то нет.

Фосфорен не единственный аналог графена, состоящий из одного сорта атомов. Ранее удалось получить одноатомные слои кремния — силицен — и германия — германен. Оба эти материала обладают более высокой электропроводностью, чем фосфорен, но так же, как и графен, не имеют запрещённой зоны. Теоретически, более интересным кандидатом является станен — одноатомный слой олова, обладающий и высокой подвижностью электронов, и запрещённой зоной, но предсказанный только в 2013 год и пока никем не полученный.

Группе ученых под руководством Патрика Фогта из Технического Университета Берлина и Паолы де Падова из Института структуры материалов (Италия) удалось получить силицен, просто осадив пары кремния на поверхность кристалла серебра. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Силицен — двумерное аллотропное соединение кремния, подобное графену.

Кремний — компонент микросхем, и многим представляются привлекательными с этой точки зрения наноматериалы на основе кремния, поскольку, как предполагают, интегрировать их в микросхемы будет легче, чем графен.

Силицен сначала был предсказан теоретически, как наноматериал со складчатой структурой поверхности толщиной в один атом и распределением электронов, обладающих свойствами фермионов Дирака.

Попытки получить силицен предпринимались неоднократно различными группами ученых. Но данная — первая, наиболее убедительная, в которой теоретически предсказанные свойства были подтверждены экспериментально. Используя методы сканирующей туннельной микроскопии и угловой разрешающей фотоэмиссионной спектроскопии в сочетании с расчетами, основанными на теории функционала плотности, исследователи определили межатомные расстояния и валентные углы. Их данные совпали с теоретическими предсказанными значениями.

Общей проблемой всех обсуждаемых материалов является их нестабильность. На воздухе они начинают активно окисляться и быстро разрушаются. Специальные уловки, которыми удалось стабилизировать силицен в 2012 году, все равно пока не позволяют использовать этот материал в реальных устройствах. Фосфорен должен быть более стабильным, чем его конкуренты, но его производство сложнее: для получения чёрной модификации фосфор высокой чистоты требуется помещать под огромные давления. Процесс дальнейшего снятия слоёв также пока не оптимизирован.

В любом случае сама возможность получения двумерного материала с запрещённой зоной является достаточно привлекательной для продолжения исследований в этой области, а потенциальный коммерческий успех обещает покрыть любые временные затраты.

1 2 34