來自材料領(lǐng)域的進(jìn)展，它之所以值得關(guān)注同廉，是因為這項進(jìn)展仪糖，有可能可以解決信息技術(shù)領(lǐng)域最大的“焦慮”。
2019年10月30日迫肖，《自然》雜志上發(fā)表了一篇中國锅劝、美國和日本科學(xué)家的關(guān)于石墨烯材料的聯(lián)合研究。這項研究讓人們看到了一種未來芯片的全新可能蟆湖。
石墨烯跟芯片有什么關(guān)系呢故爵？
這還得從這項研究的淵源說起。下面的內(nèi)容可能有點(diǎn)陌生帐姻，我盡量用最簡單的語言給你解釋清楚稠集。
石墨烯是一種僅僅由單層的碳原子構(gòu)成的薄膜奶段。在石墨烯之前饥瓷，人們不相信僅僅由一層原子織成的薄膜，能夠在自然界穩(wěn)定存在痹籍。于是出于對這種結(jié)構(gòu)的驚奇呢铆，科學(xué)家開始瘋狂探索石墨烯的各種應(yīng)用。
到了2018年蹲缠，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)棺克，當(dāng)兩層石墨烯之間有一個特別小的夾角的時候（大概1.1°），兩層石墨烯的薄膜之間會交替出現(xiàn)超導(dǎo)和絕緣的區(qū)域线定，就像是汽油漂在水面上交替出現(xiàn)的彩色條紋一樣娜谊。
這個現(xiàn)象讓科學(xué)家們非常興奮。它開啟了一個被稱為轉(zhuǎn)角電子學(xué)的研究領(lǐng)域斤讥，1.1°這個角度纱皆，就被稱為“魔角”。
而在這一次的研究中芭商，人們發(fā)現(xiàn)了石墨烯一個更重磅的特性派草，就是通過一個小的電壓變化，我們就可以控制這個超導(dǎo)現(xiàn)象的打開或者關(guān)閉铛楣。正是這個可控的特性近迁，讓科學(xué)家異常興奮，甚至看到了未來芯片的一種可能簸州。
為什么這么說呢鉴竭？
你想歧譬，一個可控的，能在絕緣和超導(dǎo)之間切換的裝置是什么搏存？——其實(shí)是一個開關(guān)缴罗。
而我們所熟悉的各種芯片，包括電腦的CPU祭埂、手機(jī)的AI芯片面氓，還有大量的集成電路器件等等，它最底層的結(jié)構(gòu)單元蛆橡，其實(shí)就是邏輯開關(guān)舌界。
所以，在遙遠(yuǎn)的地平線上泰演，科學(xué)家們仿佛看到了一種全新的呻拌、構(gòu)成芯片底層結(jié)構(gòu)的可能，那就是用兩層石墨烯的夾角結(jié)構(gòu)睦焕，也就是“魔角”藐握，構(gòu)成邏輯開關(guān)的陣列。
而且這個陣列還有一個特別誘人的特性——那就是超導(dǎo)垃喊。
要知道現(xiàn)在芯片行業(yè)最頭疼的一個難題猾普，就是晶體管發(fā)熱的問題。而石墨烯夾角帶來的超導(dǎo)特性本谜，意味著這樣的材料不會發(fā)熱初家，因此格外吸引人。
不過平心而論乌助，因為目前針對石墨烯器件的研究溜在，普遍都在原理階段。咱們說的這種新型芯片他托，距離實(shí)現(xiàn)看起來還非常非常遠(yuǎn)掖肋。
那為什么希望這么渺茫，科學(xué)家們還費(fèi)盡心思地鉆研呢赏参？
這是因為志笼，這種新型材料很有可能解決信息技術(shù)領(lǐng)域最大的“焦慮”——摩爾定律的極限。
我們知道登刺，所謂摩爾定律是指單位面積的集成電路數(shù)量籽腕，平均每18個月就要翻一番。在過去半個多世紀(jì)的時間里纸俭，摩爾定律一直在延續(xù)皇耗。單個晶體管的大小，從原來的幾百微米揍很，縮小到了今天的7納米郎楼。
所以万伤，我們今天的一塊手機(jī)芯片上，可以有100億個晶體管呜袁。這些就是支持一個手機(jī)強(qiáng)大算力的基礎(chǔ)設(shè)施敌买。
但發(fā)展到這個地步，用于制作晶體管的硅材料阶界，已經(jīng)遭遇了“物理極限”——如果晶體管再小下去虹钮，很可能就會出現(xiàn)“量子效應(yīng)”——也就是說，芯片會變得不穩(wěn)定膘融、不可靠芙粱。
可是人們對于算力的渴望又是無窮無盡的，就像上面說到的機(jī)器視覺超能力氧映，也需要越來越高的算力才能實(shí)現(xiàn)春畔。
所以在科研領(lǐng)域，有不少科學(xué)家都在嘗試岛都，不用傳統(tǒng)的硅材料作芯片律姨，嘗試其他的材料。
在這些研究思路之中臼疫，有一條就是用碳基芯片代替硅基芯片择份，石墨烯就是其中之一。
這條關(guān)于石墨烯的最新進(jìn)展之所以值得關(guān)注多矮，簡單來說缓淹，就是它通過一種可控的方式，實(shí)現(xiàn)了石墨烯在超導(dǎo)和絕緣之間的切換塔逃。這個切換，讓石墨烯原料成為了一種開關(guān)料仗，它能作為一種全新的芯片原理湾盗，延續(xù)摩爾定律的發(fā)展。
當(dāng)然立轧，這些都是從芯片材料的角度對于這項研究的解讀格粪。作為早期的學(xué)術(shù)研究，石墨烯轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)很可能還會從超導(dǎo)原理氛改、二維材料的設(shè)計等等其他方面帐萎，發(fā)揮意想不到的作用。
這種可能性胜卤，正是早期科學(xué)探索的魅力疆导。
