grafenkrets


Grafen – mirakelmaterialet

Sedan upptäckten gav två forskare Nobelpriset 2010 finns det få tekniska områden där grafen inte är involverat i någon form. Jakten på en ny transistor är inget undantag.

Det finns ett problem med att använda grafen i transistorer: grafen har inget bandgap. Det innebär att elektroner alltid kan flöda fritt i transistorn, till skillnad från vanliga transistorer där elektronerna bara kan hoppa över bandgapet om de har tillräckligt med energi. Det är den egenskapen, som normalt kallas halvledare, som gör att transistorer kan ha två lägen som kan representera 1 eller 0.

Ändå lyckades man skapa en grafentransistor. Den var visserligen snabb, men den läckte enorma mängder energi och var knappast ett realistiskt alternativ.
Forskaren Guanxiong Liu med kollegor vid University of California, har kommit på en annan lösning som gör att de slipper bekymra sig om bandgapet. Man ska använda sig av fenomenet som kallas negativ resistans för att få ett transistorliknande beteende.

Negativ resistans innebär att om man ökar spänningen över en komponent med negativ resistans, så minskar strömmen i kretsen, enligt Ohms lag. Experiment visar att grafen har negativ resistans under vissa förhållanden, och forskarna vill nu använda den här sänkningen av strömmen för att bygga logiska grindar.

Hittills har man lyckats skapa en xor-grind med tre grafentransistorer, men om man kan bygga fler grindar med färre grafentransistorer, får det också plats fler i en processor. Dessutom är de snabba, runt 400 gigahertz.

Det är fortfarande svårt att producera stora mängder grafen till ett rimligt pris, men med tanke på hur mycket det forskas på tillverkningstekniker runt om i världen så lär det inte dröja länge. Den första grafenfilmen tillverkades 2004, så utvecklingen gått oerhört snabbt med forskningsmått mätt.

Om utvecklingen på Technology Review: tinytw.se/trgraph
Forskningsrapporten: tinytw.se/rapgraph

optisk transistor

En ljus framtid: Optik

En optisk transistor reglerar ljuspulser i stället för elektroner. I somras lyckades två tyska forskarlag skapa likadana, optiska transistorer, oberoende av varandra. Man skapade en transistor som kunde ändra intensiteten på en enskild foton – tidigare har man endast kunnat manipulera flera fotoner i taget. Tyvärr är den här forskningen i ett tidigt stadium, och den kräver en gas som är kyld till mindre än en tusendels grad över absolut noll.

Eftersom ljus är mycket snabbare än elektroniska signaler, skulle en processor med optiska transistorer i teorin vara mycket snabbare och energisnålare än de som finns i datorer i dag.

Det brittiska företaget Optalysys utvecklar en annan variant, som går ut på att skicka laserljus genom ett raster av flytande kristaller som ändrar densitet med elektriska signaler. Den ändrade densiteten får laserljuset att ändra energi, och mottagaren läser av ändringarna som matematiska formler.

Den här tekniken gör det möjligt att beräkna många saker parallellt, något som en modern processorkärna inte kan. Laserstrålen kan brytas upp i flera strålar som går genom många raster samtidigt, och sedan tillbaka till en stråle innan den når mottagaren.

Men man planerar inte att bygga in den här tekniken i vanliga datorer inom en överskådlig framtid, det är superdatorer som gäller. Hela 9 petaflop hoppas man ha kunnat peta in en optisk superdator år 2017.

Om den tyska forskningen på Physics World: tinytw.se/pwphoton
… och den vetenskapliga artikeln: tinytw.se/rapphoton
Om Optalysys på Extremetech: tinytw.se/etoptical

Är det här verkligen rimligt?

Mikael Östling, professor i nanoelektronik vid KTH ger sin syn på saken:
– För det mesta är det inte realistiskt överhuvud taget, det forskarna kommer fram till, och det vågar jag säga för att jag är forskare själv. När man kan uppvisa effekter vid 1 millikelvin, så har man ganska långt kvar till rumstemperatur och det är först då man kan fundera på tillverkning.

– Att Moores lag skulle ha slagit i taket är långt från sanningen, det är fortfarande ganska stor storleksskillnad på transistorer som finns i forskningslabben och de som rullas ut på marknaden. Dagens teknik kommer att hålla i minst 10 år till, vad som händer efter det kan ingen svara på. Sådan här forskning är ändå väldigt relevant – jag tror inte att det här kommer kunna ersätta det vi har i dag, men varje studie tillför nya insikter.

– Det är bara de lösningar som är ekonomiskt försvarbara och lätta att framställa som kommer att tillverkas, så enkelt är det. Men man kan inte begära att forskarna ska komma med en färdig produkt, därför är det så många år mellan forskning och produkter.