全碳运算元件可望取代硅晶体管

新华社北京６月１４日电 美国科学家提出一种完全用碳制成运算元件的设计方案，在此基础上可能制造出更小、效率更高的新型晶体管，取代目前的硅晶体管，大大提升计算机性能。

由于硅基半导体发展面临瓶颈，研究人员正积极研究替代方案，例如以电子的自旋属性为基础，用石墨烯等碳材料制造集成电路的基本运算组件———逻辑门。但此前还没有人成功地使这种新型逻辑门实现有效的“级联”，即能把信号依次传递下去的结构。

美国得克萨斯大学达拉斯校区的科学家在新一期英国《自然·通讯》杂志上提出一种全碳自旋元件设计方案，能够实现级联效果，而且能在没有物理接触的情形下“无线”传递信号。

这个方案使用了碳纳米管和石墨烯纳米带两种碳材料，后者指宽度小于５０纳米的石墨烯条带。电子流经碳纳米管形成电流，电流产生磁场，影响附近的石墨烯纳米带里的电流，实现多个逻辑门之间的级联。

研究人员认为，由于石墨烯纳米带之间的通信是由电磁波进行的，不像硅半导体那样通过电子流动实现，通信速度会快得多，时钟频率有可能达到太赫兹（每秒一万亿次）的级别，这比当前主流计算机快１０００倍。另外，新元件能打破硅晶体管无法超越的极限，实现小得多的尺寸。

这个设计方案仍处于蓝图阶段，研究人员计划下一步制造出原型器件，检验其效率。

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