石墨烯基晶體管：讓計算機加速1000倍！

來自弗羅里達中央大學（UCF）的研究團隊開發出了一種基於石墨烯的晶體管，或將在某天使計算機的速度變快1000倍，同時消耗的能量減少至現在的1/100。

Ryan M.Gelfand現在是UCF光學和光子學院的一名助理教授，當他開始這項研究時他還是西北大學的一名博士研究生，彼時他與同為博士研究生的Joseph Friedman一起工作，而後者目前是德州大學達拉斯分校的一名助理教授。

由於具有開關電流的能力，傳統的硅基晶體管為電子工業發展帶來了革命性進展。晶體管可以通過控制電流創造出小型收音機、電視機和計算機。

而在最近這篇發表在Nature Communications上的研究論文中（Cascaded spintronic logic with low-dimensional carbon），Friedman、Gelfand和他們的合作夥伴提出了一種新的晶體管概念，這種晶體管並不基於硅基材料，而是基於僅由一層碳原子組成的二維碳材料——石墨烯材料。

Gelfand於2015年到UCF任職，他解釋說他們的發現將對電子工業、計算速度和大數據帶來巨大的影響。

「如果想持續推進新技術，我們就需要更快的計算機，它要能夠進行關於氣候科學、太空探索和金融的更大、更好的模擬計算。為了實現這個目標，我們不能再依賴於硅基晶體管了。」Gelfand說道，他目前是UCF納米生物光子學實驗室主任。

他們發現通過給一條石墨烯網施加磁場就可以改變電流通過石墨烯網時的電阻。對這個設備而言，通過升高或者降低通過鄰近碳納米管的電流就可以控制磁場的大小。

磁場強度的變大或者變小也可以控制通過這種新型晶體管的電流變大或者變小，就像通過控制流過水管的水流大小控制產生的波浪一樣。

晶體管扮演著開關的角色，一系列排列不同的晶體管就可以組成邏輯門控，從而允許微處理器解決複雜的演算法和邏輯問題。但是近幾年來，基於硅基晶體管的計算機微處理器的速度已經達到巔峰，始終停留在3-4千兆赫範圍內，無法再進一步提高。

而這個最新的基於一系列級聯石墨烯晶體管的邏輯電路可以將運行速度提升1000倍，達到太赫茲水平。同時，這種新的邏輯電路尺寸更小、效率更高，使得設備製造商可以將晶體管縮小，從而嵌入更多的其他功能，Gelfand說道。

此前Gelfand與Friedman已經為這個項目工作了五年，其中Friedman負責構思設備結構並設計邏輯電路，而Gelfand則負責選擇材料並分析設計、製造的可行性。他們的研究團隊還包括來自伊利諾伊大學厄巴納香檳分校及西北大學的其他合作者。

該團隊的下一步工作就是繼續深入研究以創造出一個概念驗證性的原型。

文獻鏈接：

https://www.nature.com/articles/ncomms15635

（瀚海 來稿）

來源：高分子科學前沿

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