محققان پس از نیم قرن موفق به ساطع کردن نور از سیلیکون شدند

قانون مور در دنیای کامپیوترها شناخته شده است. این قانون بیان می‌کند که تعداد ترانزیستورهای تراشه‌ هر دو سال یکبار، دو برابر می‌شود. در حالی که انتظار می‌رود قانون مور در چند سال آینده زیر سوال برود، به تازگی تیمی از محققان اروپایی موفق به توسعه نانوسیم‌های آلیاژ سیلیکون شده‌اند که می‌توانند نور ساطع کنند.

نزدیک به 50 سال پیش «گوردون مور»، هم‌بنیانگذار اینتل پیش‌بینی کرد که تعداد ترانزیستورهای موجود درون تراشه‌ کامپیوتر هر دو سال یکبار، دو برابر می‌شود. زمانی که اینتل اولین میکروپردازنده خود را در اوایل دهه 70 میلادی عرضه کرد، تنها 2000 هزار ترانزیستور روی آن وجود داشت. امروزه تراشه مورد استفاده در آیفون چندین میلیارد ترانزیستور دارد، بنابراین احتمالا در سال‌های آینده قانون مور دیگر بی‌معنی باشد.

ترانزیستورهای مدرن که نقش سلول‌های مغز کامپیوترها را ایفا می‌کنند، ابعاد بسیار کوچکی دارند. در صورتی که فاصله میان این ترانزیستورها کاهش شدیدی پیدا کند، به چندین مشکل برمی‌خوریم. از میان این مشکلات می‌توان به اختلال در حرکت الکترون‌ها، تولید بیش از حد گرما و همچنین اثرات کوانتومی عجیب اشاره کرد. یکی از راه‌حل‌ها برای جلوگیری از بروز این مشکلات، استفاده از اتصالات نوری بجای مدارهای الکترونیکی است. این تغییر می‌تواند باعث انتقال اطلاعات توسط فوتو‌ن‌ها بجای الکترون‌ها شود.

اگرچه راه‌حل را می‌دانیم، اما یک مشکل بزرگ وجود دارد و آن، سیلیکون است. سیلیکون ماده اصلی در ساخت تراشه‌ بوده که در زمینه انتشار نور عملکرد بسیار بدی دارد. با این وجود به نظر می‌رسد تیمی از محققان اروپایی توانسته‌اند به این مشکل غلبه کنند. روز چهارشنبه این تیم با سرپرستی «اریک بکرز»، فیزیکدان دانشگاه فناوری آیندهوون در هلند، مقاله‌ای در ژورنال Nature منتشر کرد. در این مقاله نحوه رشد نانوسیم‌های آلیاژ سیلیکونی که می‌توانند نور ساطع کنند، توضیح داده شده است.

در چندین دهه گذشته فیزیکدانان در این زمینه با مشکلات زیادی روبه‌رو شده بودند، اما بکرز اعلام کرده آزمایشگاه او هم اکنون از تکنیکی برای توسعه یک لیزر سیلیکونی کوچک که می‌توان آن را درون تراشه‌های کامپیوتر قرار داد، استفاده می‌کند. قرارگیری مدارهای فوتونی روی تراشه‌های الکترونیکی معمولی امکان انتقال سریع‌تر اطلاعات و همچنین کاهش مصرف انرژی را بدون افزایش دمای تراشه، فراهم می‌کند. این موضوع می‌تواند کارایی برنامه‌هایی که به اطلاعات زیادی نیاز دارند مانند یادگیری ماشینی را افزایش دهد.

سیلیکون

انتشار فوتون توسط سیلیکون از اهمیت بالایی برخوردار است و به گفته بکرز، این موضوع به ساختار آن‌ مربوط می‌شود. یک تراشه معمولی کامپیوتر از لایه باریک سیلیکونی به نام ویفر ساخته شده. سیلیکون یک ماده ایده‌آل برای تراشه‌های کامپیوتر محسوب می‌شود، چرا که یک نیمه هادی است. این خاصیت به ترانزیستورها اجازه می‌دهد که به عنوان سوئیچ‌های دیجیتال عمل کنند، حتی اگر اجزای متحرک نداشته باشند. این سوئیچ‌ها تنها در زمانی که ولتاژ مشخصی وارد ترانزیستور شود، باز و بسته خواهند شد.

درون ویفر، اتم‌های سیلیکون به صورت یک شبکه کریستالی مکعبی شکل قرار گرفته‌اند که امکان حرکت الکترون‌ها در شرایط ولتاژ مشخص را فراهم می‌کند. با وجود حرکت الکترون‌ها، فوتون‌ها از چنین قابلیتی بی‌بهره هستند و به همین دلیل نور نمی‌تواند به راحتی در سیلیکون حرکت کند. دانشمندان برای رفع این مشکل، به دنبال تغییر ساختار شبکه کریستالی درون ویفر بودند و تصمیم گرفتند آن را به صورت شش‌ ضلعی تولید کنند، اما چنین کاری بسیار سخت است. این تلاش‌ها در 4 دهه اخیر نتیجه‌ای در پی نداشته است.

تیم بکرز در یک دهه گذشته روی این موضوع تحقیق کرده و موفق به توسعه نانوسیم‌های آلیاژ سیلیکون شده. این تیم برای اینکه عملکرد نانوسیم‌ها در زمینه انتشار نور را مورد آزمایش قرار دهد، آن‌ها را با لیزر مادون قرمز بمباران کردند و میزان نور عبوری را اندازه گرفتند. میزان انرژی عبوری، تفاوت چندانی با انرژی ورودی نداشت، بنابراین این سیستم می‌توانn در انتقال فوتون‌ها کارآمد باشد.

این تیم پس از موفقیت در این زمینه، تصمیم به استفاده از این تکنیک برای توسعه یک لیزر بسیار کوچک از آلیاژ سیلیکون گرفته. هم اکنون این لیزر در حال توسعه است و انتظار می‌رود که اواخر سال یک نمونه از آن تولید شود. مرحله بعدی، قرارگیری این لیزر روی تراشه‌های کامپیوتر فعلی است. بکرز انتظار ندارد که در آینده نزدیک تراشه‌های کامپیوتر کاملا نوری شوند و برخی قطعات همچنان از الکترون برای انتقال اطلاعات در فواصل کوتاه استفاده خواهند کرد.

malltina

مطالب مرتبط

آیا فرایند ساخت کوچکتر همیشه به معنی پردازنده قوی‌تر است؟

زمانی که حرف فناوری تولید چیپست به میان می‌آید تصور می‌کنیم در هر شرایطی هرچه ترانزیستورها کوچکتر باشند بهتر است چون انرژی کمتری مصرف کرده و سریعتر سوییچ می‌کنند. همچنین به خاطر اشغال فضای کمتر جا برای افزودن هسته‌های بیشتر، حافظه کش بالاتر و در نهایت کارایی بهتر باز می‌شود. در این شرایط سازنده می‌تواند... ادامه مطلب

AMD از پردازنده‌های رایزن و Athlon 3000 سری C رونمایی کرد

معماری زن و فرایند ۱۴ نانومتری TSMC در قالب پردازنده‌های سری C رایزن و اتلون ۳۰۰۰ به لپ‌تاپ‌های کروم‌بوک راه پیدا می‌کند. این پردازنده‌های جدید تا ۴ هسته و ۸ ترد با معماری «زن‌پلاس» داشته و با موتور گرافیکی یکپارچه وگا (Vega) همراه شده‌اند.تراشه‌های سری C با توجه به گسترش روز افزون بازار کروم‌بوک‌ها، به... ادامه مطلب

اسنپدراگون 750G با مودم 5G و نسل پنجم موتور هوش مصنوعی معرفی شد

کوالکام از جدیدترین پردازنده سری ۷ اسنپدراگون رونمایی کرد. اسنپدراگون 750G به مودم X52 مجهز شده که از شبکه 5G زیر ۶ گیگاهرتز و موج میلی‌متری پشتیبانی می‌کند.چیپست اسنپدراگون 750G نسخه بروز شده تراشه اسنپدراگون 730G محسوب می‌شود که از GPU آدرنو ۶۱۹ بهره می‌برد. طبق گفته کوالکام، این واحد پردازش گرافیکی در مقایسه با... ادامه مطلب

ای‌دیتا از سریع‌ترین حافظه SSD جهان با خوانش ۷۴۰۰ مگابایت بر ثانیه رونمایی کرد

ای‌دیتا از یک حافظه SSD جدید به نام «XPG Gammix S70» رونمایی کرده که طبق اعلام سازنده آن، سریع‌ترین حافظه SSD جهان با فرم فکتور M.2 است.Gammix S70 یک حافظه SSD با رابط PCIe 4.0 است که سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات آن به ترتیب به ۷۴۰۰ و ۶۴۰۰ مگابایت بر ثانیه می‌رسد. این محصول... ادامه مطلب

ماوس لاجیتک MX Anywhere 3 با شارژدهی ۷۰ روزه معرفی شد

لاجیتک از ماوس کامپکت جدید بی سیم مدل «MX Anywhere 3 » رونمایی کرد. محصولی حرفه‌ای و کوچک که نسبت به مدل قبلی خود نیز ارتقا پیدا کرده و می‌تواند رضایت بیشتر کاربران را تضمین کند.ماوس جدید از فناوری اسکرول «MagSpeed Electromagnetic» بهره می برد. در نتیجه هم از دقت بالاتری برای توقف روی یک... ادامه مطلب

Portwell از مادربوردی با ۲۰ پورت USB 3.2 رونمایی کرد

شرکت «Portwell» اخیرا از یک مادربورد جدید به نام «PEB-9783G2AR» رونمایی کرده که از ۲۰ پورت USB 3.2 Gen 1 بهره می‌برد.این مادربورد به صورت بومی از این ۲۰ پورت پشتیبانی می‌کند، بنابراین در آن از جداکننده یا هاب استفاده نشده و کاربر به پهنای باند کامل رابط USB 3.2 Gen 1 در تمام پورت‌ها... ادامه مطلب

نظرات ۱۱

وارد شوید

برای گفتگو با کاربران، وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود

رمزتان را گم کرده‌اید؟