Исследователи из Пенсильванского университета совершили прорыв в области электроники, разработав первый в мире функционирующий компьютер без использования кремния. Команда под руководством профессора Саптарши Даса применила двумерные материалы толщиной всего в один атом для создания CMOS-компьютера, способного выполнять простые логические операции, открывая путь к созданию более тонких, быстрых и энергоэффективных девайсов.
Вместо традиционного кремния ученые использовали два различных двумерных материала для разработки транзисторов, необходимых для контроля потока электрического тока в CMOS-компьютерах: дисульфид молибдена для n-типа и диселенид вольфрама для p-типа транзисторов. Ключевое преимущество этих материалов заключается в сохранении исключительных электронных свойств при атомарной толщине, тогда как кремний теряет свои характеристики при уменьшении размеров до определенного предела.
Для изготовления компьютера команда применила метод химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD), позволивший вырастить большие листы двумерных материалов и изготовить более 1000 транзисторов каждого типа. Тщательная настройка процесса производства и постобработки дала возможность регулировать пороговые напряжения обоих типов транзисторов, обеспечивая конструкцию полностью функциональных логических схем CMOS. Разработанный компьютер работает при низком напряжении питания с минимальным энергопотреблением и может выполнять простые логические операции на частотах до 25 килогерц.
Хотя рабочая частота нового компьютера значительно ниже по сравнению с традиционными кремниевыми схемами CMOS, исследователи отмечают, что разработка находится на ранней стадии развития.
Кремниевые технологии развивались около 80 лет, в то время как исследования двумерных материалов начались относительно недавно, примерно с 2010 года.
По его словам, несмотря на необходимость дальнейшей оптимизации, этот прорыв представляет собой значительное достижение в использовании двумерных материалов для продвижения электроники.
Команда также разработала вычислительную модель, откалиброванную с использованием экспериментальных данных и учитывающую различия между девайсами, для прогнозирования производительности двумерного CMOS-компьютера и сравнения с современными кремниевыми технологиями. Исследование было поддержано Национальным научным фондом США, Управлением армейских исследований и Управлением военно-морских исследований, что подчеркивает стратегическое значение этой инновации для развития будущих электронных систем.
