Графенът ще промени света на чиповете

Графенът – двуизмерен материал от единичен пласт въглеродни атоми – обещава да преобрази чиповете в рамките на 3 години (снимка: CC0 Public Domain)

Във времената, когато законът на Мур „изнемогва“, а глобалната технологична общност бива раздирана от търговски войни, чип-индустрията изглежда е на път към голяма промяна. Навлизането на графена обещава хилядократно по-бързи изчислителни устройства.

Първото нещо, което виждат посетителите в лабораторията на Paragraf в британското село Съмършам, е тънък диск, направен от синтетичен сапфир със залепено върху него парче графен. Това е първият графенов продукт, който компанията е произвела. След това го е доразвила до оформянето на малка пластина от 64 малки графенови устройства, подредени в решетка. В наши дни компанията произвежда 6-инчови подложки, които побират 9000 чипа.

Заместител на полупроводниците

Графенът е двуизмерна форма на въглерода, при която атомите са подредени в шестоъгълна структура, подобно на пчелна пита. Материалът се използва главно за създаването на здрави полимерни конструкции, укрепване на бетон и бои. Но сега изгрява като заместител на силиция в полупроводниците.

В края на ноември китайски учени заявиха, че са близо до производството на графенови микрочипове, които евентуално ще „изстрелят“ технологичния сектор на Китай в челните редици на глобалната чип-надпревара. Ако това е вярно, събитието може да направи смартфоните хиляди пъти по-бързи и драматично да ускори света на суперкомпютрите.

Западният свят посрещна новината със скептицизъм. Някои учени побързаха да коментират, че Китай „е отчаян“, тъй като „изостава от Запада след американските санкции, обявени миналия месец“, засягащи полупроводниковия сектор.

Европейският съюз от своя страна от години инвестира усилено в разработването на графенови технологии. Ала нито една от тях не е довела до появата на супер-чип – не и до момента. Не се случи и дългоочакваната графенова революция в света на системите за съхранение на енергия, макар че се очакваше именно този „супер-материал“ да доведе до появата на нови батерии за електромобилите – компактни и с висок енергиен капацитет.

Обратно във Великобритания изследователят Саймън Томас, основал Paragraf през 2017 г. заедно с проф. Колин Хъмфрис и техническия директор Айвор Гини – и тримата колеги от университета Кеймбридж – вярва, че материалът „фундаментално ще промени света“. Той ще преобърне начина, по който се произвежда всичко – от мобилни телефони и компютри до електрически автомобили, здравеопазване и военно оборудване.

Промяна на статуквото?

„Графенът и други 2D материали ще променят статуквото, като предоставят технологии, които никога не сме виждали преди, и нива на производителност, които никога не сме виждали досега. В електрониката това ще има огромен ефект върху намаляването на консумацията на енергия и създаването на по-бързи полупроводници“, казва Томас.

Потенциалните приложения включват квантови изчисления, магнитни сензори в ново поколение скенери за ЯМР и потребителски технологии като дронове за доставка.

Графенът е един от най-здравите съществуващи материали, много по-здрав от стоманата, но по-лек от хартията. Той може да бъде по-твърд от диамант или по-еластичен от гумата. Освен това е много ефективен при провеждане на топлина и електричество. Paragraf е сред малкото компании в света, които произвеждат в мащаб устройства, базирани на графен, включително сензори за електрически автомобили.

Самият Томас работи върху полупроводници и комбинирани материали от много години. Преди сформирането на британската фирма той е работил за немската инженерна компания Aixtron в продължение на 11 години, включително с много пътувания до Азия.

Новоизгряваща индустрия

Но дали графеновият ентусиазъм в Европа, Великобритания и САЩ е готов да роди действително предимство в света на чиповете? „Китай се опитва да завладее пазара на графен. Приблизително 5000 компании сега работят върху графенови продукти там“, казва Рон Мертенс, собственик на уебсайта Graphene-Info. По отношение на чиповете Китай твърди, че ще произвежда масово микрочипове, като използва графен вместо силиций, като направи пълен преход до 2025 г.

В своите лаборатории учени като Томас са впечатлени от амбицията на своите колеги по света. Изследователите като че ли не са толкова силно повлияни от политическите ветрове. „В Китай вече видяха светлината. Те са разбрали факта, че този материал ще има голямо бъдеще“, казва британският специалист.

Неговата фирма е една от многото в западния свят, получили държавно финансиране за разработването на графенови технологии. Инициативата на ЕС “Graphene Flagship” беше с подобна схема и чрез общоевропейския бюджет осигури финансиране и публичност за множество новостартиращи фирми и университетски разработки на база графен. Китай без съмнение подкрепя мощно своите 5000 фирми, фокусирани върху графеновите иновации.

За новоизгряваща технология това е важно. Подкрепата на държавно ниво означава преди всичко ангажимент от страна на съответното правителството да тласка напред своята индустрия. Финансовата подкрепа помага и за привличането на таланти и създаването на необходимата научно-изследователска и производствена инфраструктура.

Кой ще грабне първенството в развитието на новата технология ще стане ясно съвсем скоро, но едно е безспорно – щом всички големи икономики по света са заложили на графена, то бъдещето на чиповете безспорно е свързано с тази технология.