Створено перший у світі комп'ютер із 2D-матеріалів: як відкриття може поліпшити техніку

Розробка може призвести до появи більш швидких, тонких і ефективних пристроїв. Вчені розкрили подробиці в пресрелізі, опублікованому на сайті EurekAlert.

КМОП-комп'ютер працює за низької електричної напруги з мінімальним енергоспоживанням і виконує нескладні завдання з частотою оновлення до 25 КГц. Комп'ютер працює повільніше, ніж звичайні кремнієві КМОП-схеми, але він все одно може виконувати основні логічні операції, використовуючи всього один тип інструкцій.

Керівник дослідження докторант Субір Гхош розповів, що вчені розробили обчислювальну модель, відкалібровану з використанням експериментальних даних, яка враховує відмінності між пристроями, щоб спрогнозувати продуктивність нашого 2D-комп'ютера і порівняти її з найсучаснішою кремнієвою технологією.

"Хоча ще є можливості для подальшої оптимізації, ця робота знаменує собою важливу віху у використанні 2D-матеріалів для розвитку електроніки, — наголосив він. — Ми очікуємо, що розробка двовимірних матеріальних комп'ютерів також буде поступовим процесом, але це стрибок вперед порівняно з траєкторією розвитку кремнію".

В основі всіх сучасних електронних пристроїв, включно зі смартфонами, планшетами, комп'ютерами і навіть електромобілями, лежить кремній, проте американські вчені обійшлися без нього. Для створення комп'ютера на основі КМОП (комплементарного метал-оксид-напівпровідника), вони зробили два типи транзисторів (n-типу і p-типу) з різних двовимірних матеріалів: дисульфіду молібдену і диселеніду вольфраму.

Як пояснив професор Саптарші Дас, у міру розвитку технологій кремній давав змогу людям робити все більш мініатюрні польові транзистори. Ці компоненти керують струмом, який виникає при подачі напруги за допомогою електричного поля.

"Однак у міру зменшення розмірів кремнієвих пристроїв їхня продуктивність починає погіршуватися. Двовимірні матеріали, навпаки, зберігають свої виняткові електронні властивості за атомної товщини, що відкриває багатообіцяючий шлях уперед", — розповів експерт.

Технологія КМОП вимагає, щоб напівпровідники n- і p-типу працювали разом для досягнення високої продуктивності за низького споживання енергії. Ця особливість заважає замінити кремній на щось інше. Двовимірні матеріали раніше вже ефективно застосовували в невеликих схемах, але при масштабуванні їхня працездатність падала.

"Ми вперше продемонстрували комп'ютер CMOS, повністю побудований з 2D-матеріалів, що поєднує транзистори на основі дисульфіду молібдену і диселеніду вольфраму, вирощені на великій площі", — заявив Саптарші Дас.

Команда використовувала метод хімічного осадження з парової фази металоорганічних сполук (MOCVD) — процес виготовлення, що передбачає випаровування інгредієнтів, ініціювання хімічної реакції та осадження продуктів на підкладку — для вирощування великих аркушів дисульфіду молібдену та диселеніду вольфраму і виготовлення понад 1000 транзисторів кожного типу.

Їм вдалося відрегулювати порогові напруги обох типів транзисторів, ретельно налаштувавши етапи виготовлення і постобробки пристрою. Це дало змогу створити повністю функціональні логічні схеми КМОП.

Раніше писали, що компанія AIST з Японії створила суперкомп'ютер ABCI-Q, який розв'язує найскладніші завдання. Він використовує понад 2000 графічних процесорів NVIDIA H100, з'єднаних мережею NVIDIA Quantum-2 InfiniBand.