اطلاع‌رسانی:
ساخت اولین نیم‌رسانای کاربردی مبتنی بر گرافن در جهان با پتانسیل استفاده در محاسبات کوانتومی
در یک پیشرفت پیشگامانه، دانشمندان موفق شدند با موفقیت اولین نیمه‌هادی کاربردی مبتنی بر گرافن را بسازند که گام مهمی به سوی کامپیوترهای سریع‌تر و ادغام بالقوه در کامپیوترهای کوانتومی آینده محسوب می‌شود.
این نیمه‌رسانا که از گرافن همبافته (epitaxial) ساخته شده‌است، تحرک‌پذیری بهتری را در مقایسه با سیلیکون از خود نشان داده‌است که الکترون‌ها را قادر می‌سازد تا با مقاومت کمتری حرکت کنند. این پیشرفت، که در مقاله‌ای در مجله نیچر منتشر شده، درها را به روی فرکانس‌های تراهرتز باز می‌کند و ترانزیستورها را ده برابر سریع‌تر از تراشه‌های سیلیکونی فعلی می‌سازد. نیمه‌هادی‌ها با دارا بودن برخی ویژگی‌های هر دو مواد هادی و عایق، اجزای حیاتی در دستگاه‌های الکترونیکی هستند. با وجود استفاده گسترده از نیمه‌رساناهای مبتنی بر سیلیکون، این مواد از نظر سرعت، تولید حرارت، و کاهش اندازه با محدودیت‌هایی مواجه هستند که مانع ادامه پیشرفت سریع در حوزه محاسبات می‌شود. گرافن، لایه‌ای منفرد از اتم‌های کربن در یک شبکه شش‌ضلعی، به عنوان یک ماده هادی یا ویژگی‌های برتر مطرح شده و پتانسیل غلبه بر این محدودیت‌ها را دارد. با وجود خواص مطلوب گرافن، فقدان یک «گاف نواری»، استفاده از آن را در کاربردهای الکترونیکی مختل کرده‌است. این تیم تحقیقاتی، به رهبری پروفسور والت دهیر از موسسه فناوری جورجیا، با آمیختن گرافن بر روی سیلیکون کاربید با استفاده از کوره‌های مخصوص و فرآیندهای گرمایش و سرمایش منحصر به فرد، بر این چالش غلبه کردند. آن‌ها موفق شدند از طریق یک فرآیند دوپینگ، که در آن اتم‌های الکترون دهنده به سیستم معرفی شدند، یک نیمه‌هادی گرافنی دارای گاف انرژی ایجاد کنند. چیزی که این دستاورد را متمایز می‌کند، نه تنها ایجاد اولین نیمه‌رسانای مبتنی بر گرافن عملیاتی، بلکه ادغام یکپارچه بالقوه آن در فرآیندهای تولیدی موجود است. به اذعان دهیر، گذار از ویفرهای سیلیکونی به ویفرهای سیلیکون کاربیدی که در ساخت گرافن همبافته مورد استفاده قرار می‌گیرند، کاملاً عملی به نظر می‌رسد. علاوه بر کاربرد آن در کامپیوترهای شخصی سریع‌تر، محققان پیش‌بینی می‌کنند که نیمه‌رساناهای مبتنی بر گرافن می‌توانند نقشی محوری در محاسبات کوانتومی ایفا کنند. الکترون‌ها در گرافن، به ویژه در دماهای بسیار پایین، خواص موجی کوانتومی از خود نشان می‌دهند. با وجود ابراز علاقه این محققان به بررسی بیشتر این مسیر در تحقیقات بعدی، این موضوع نیازمند پاسخ به این سوال است که آیا نیمه‌رساناهای مبتنی بر گرافن می‌توانند عملکرد بهتری نسبت به فن‌آوری ابررسانایی کنونی مورد استفاده در کامپیوترهای کوانتومی پیشرفته داشته باشند یا خیر.
در مجموع، این مطالعه بر اهمیت اپی‌گرافن نیمه‌رسانا (SEG) بر روی زیرلایه‌های سیلیکون کارباید تک کریستالی تاکید می‌کند، که گاف نواری ۰.۶ الکترون‌ولت و تحرک‌پذیری بالغ بر 5000 سانتی‌متر مربع بر ولت ثانیه در دمای اتاق را نشان می‌دهد، که فراتر از سیلیکون و دیگر نیمه‌رساناهای دو بعدی است. این محققان با استفاده از یک روش حرارت‌دهی شبه تعادلی برای ایجاد لایه‌های بافر منظم مناسب برای نانوالکترونیک، به این هدف دست یافتند. ایجاد اولین نیمه‌هادی مبتنی بر گرافن نویدبخش یک پیشرفت قابل‌توجه با پیامدهای گسترده برای آینده محاسبات است. با توسعه بیشتر این فناوری، ایجاد پردازنده‌های سریع‌تر و پیشرفت در محاسبات کوانتومی در آستانه تحقق قرار خواهد گرفت.
منابع
:Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide, Nature 625, 60–65 (2024)
