Компания Thermal Grizzly представила новый продукт под названием KryoSheet — графеновые термопрокладки для использования с центральными процессорами и GPU видеокарт вместо традиционной термопасты или даже более экзотического жидкого металла.

Источник изображений: Thermal Grizzly

Размеры KryoSheet составляют 44 × 37 мм, толщина — 0,2 мм. Термопрокладка полностью покрывает площадь графического процессора GB202-300 в составе флагманской видеокарты GeForce RTX 5090. Однако следует учитывать, что эталонная версия этой видеокарты в исполнении Founders Edition, а также некоторые модели в исполнении Gigabyte Aorus вместо термопасты используют жидкий металл, который обладает лучшей теплопроводностью. Поэтому использование KryoSheet в данном случае будет нецелесообразным.

Thermal Grizzly для примера использует KryoSheet с RTX 5090 в исполнении Asus ROG Astral. В составе системы охлаждения этой видеокарты, несмотря на стоимость карты в $3100, не используется жидкий металл. KryoSheet поставляется в комплекте с изоляционной плёнкой из каптона, с помощью которой графеновая термопрокладка фиксируется на GPU для предотвращения её смещения и потенциального короткого замыкания.

Новинка предлагается в разных размерах. Есть варианты для процессоров AMD AM4/AM5, чипов Intel, а также версии под разные размеры GPU. Перед покупкой следует уточнить размер чипа, для которого она будет использоваться. Размеры самих термопрокладок варьируются от 24 × 12 до 68 × 51 мм. Та же версия для RTX 5090 оценивается производителем в $24,96 без учёта стоимости доставки. С размерами и ценами графеновых термопрокладок KryoSheet можно более подробно ознакомиться на официальном сайте Thermal Grizzly.

Суперконденсаторы должны сыграть значительную роль в продвижении безуглеродной энергетики. Они способны быстро накапливать заряд большой мощности и так же быстро отдавать его потребителям, что востребовано, например, в электромобилях в режимах рекуперации энергии при торможении. Поэтому разработка новых материалов для суперконденсаторов не прекращается и приносит свои плоды, что подтверждает новое исследование.

Источник изображений: UCLA

В частности, в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали технологию производства перспективных суперконденсаторов с лучшими характеристиками, чем у современных аналогов. Но самое интересное — в качестве материала для накопления заряда использован полимер, которому более 40 лет. Исследователи применили поли-(3,4-этилендиокситиофен), или, сокращённо, PEDOT. Этот пластик широко используется в электронике и дисплеях, так как может быть прозрачным.

Проблема всех суперконденсаторов заключается в том, что они накапливают заряд в тонком приповерхностном слое. Для накопления большего заряда площадь поверхности электрода должна быть как можно больше. Именно эта задача стояла перед учёными из UCLA — разработать техпроцесс выращивания полимерного электрода с максимально возможной площадью. Исследователи успешно решили её: они предложили наращивать волокна полимера PEDOT, подобно траве на газоне, используя графен в качестве подложки и осаждая полимер в паровой фазе для получения длинных волокон.

«Уникальный вертикальный рост материала позволяет нам создавать электроды PEDOT, которые накапливают гораздо больше энергии, чем традиционные [плёнки] PEDOT, — сказал Махер Эль-Кади (Maher El-Kady), автор-корреспондент и материаловед Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. — Электрический заряд накапливается на поверхности материала, а традиционные плёнки PEDOT не имеют достаточной площади поверхности, чтобы удерживать очень большой заряд. Мы увеличили площадь поверхности PEDOT и, таким образом, его ёмкость настолько, чтобы создать суперконденсатор».

Созданный таким образом суперконденсатор показал ёмкость 4600 мФ/см², что значительно выше, чем у обычных полимерных плёнок из того же материала. Это примерно в четыре раза больше, чем у современных суперконденсаторов на той же основе. Также новая разработка обеспечивает 100-кратное улучшение проводимости и выдерживает 70 тыс. циклов заряда и разряда. Учёные уверены, что за этой новинкой — будущее.

Уменьшение техпроцессов для производства чипов почти достигло физических ограничений. Отлично показавшая себя в качестве разводки между транзисторами медь при дальнейшем уменьшении сечения проводов начала оказывать току растущее сопротивление. Потенциально её можно заменить графеном. Проблема в том, что современные технологии нанесения графена на чипы несовместимы с КМОП-процессами, применяемыми для массового выпуска чипов. Возможно, решение этой проблемы найдено.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Предложенные ранее технологии осаждения углерода на микросхемы (транзисторы) для создания графеновых проводящих линий предполагают использование высоких температур — от 400 °C и выше. Такие температуры губительны для кремниевых транзисторов, изготовленных с применением КМОП-технологий. Необходим иной способ нанесения графена на чип, и такой способ придумали в американской компании Destination 2D. Стоит отметить, что научным консультантом Destination 2D является Константин Новосёлов — один из лауреатов Нобелевской премии по физике за 2010 год и соавтор исследования, приведшего к открытию графена в 2004 году.

Предложенная компанией Destination 2D технология нанесения графена на чипы осуществляется в газовой среде под давлением от 410 до 550 кПа. Осаждение происходит не на «голый» чип, а на предварительно нанесённую на кристалл плёнку никеля. Никель выполняет роль расходного материала и впоследствии удаляется с поверхности кристалла. Внесение этого этапа в техпроцесс позволило снизить температуру осаждения графена до приемлемых для КМОП 300 °C. При такой температуре транзисторные структуры на кристалле не разрушаются, а рисунок соединений формируется с использованием графена.

Также исследователи из Destination 2D решили проблему повышения проводящих свойств графена. Утверждается, что предложенный компанией особый метод легирования графена — методом интеркаляции — делает его в 100 раз более проводящим, чем медь. Это позволяет сохранить и даже увеличить плотность тока по мере уменьшения размеров транзисторов, а значит, остаётся возможность повышать плотность их размещения на кристалле. Более того, разработчики утверждают, что благодаря интеркаляции проводимость графена увеличивается по мере уменьшения размеров элементов, что даёт шанс продлить действие закона Мура ещё на несколько лет.

Руководство Destination 2D верит, что пройдёт немного времени, и предложенный ими графеновый техпроцесс будет внедрён в производство передовых микросхем. Компания активно сотрудничает с рядом производителей чипов, чтобы приблизить этот момент.

Учёные Университета МИСИС, Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова и Объединенного института ядерных исследований впервые изучили возможность формирования наноалмазов в многослойном графене, облучив его быстрыми тяжелыми ионами ксенона. В результате был получен ультрапрочный, стабильный и гибкий композит из графена и алмаза одновременно перспективный для электроники и защитных покрытий.

Источник изображения: МИСИС

Облучение образцов многослойного графена быстрыми и тяжёлыми ионами ксенона в диапазоне МэВ-энергий (мегаэлектрон-вольт) привело к образованию в углеродных плёнках алмазов размерами от 5 до 20 нм. Алмазы получились настоящие со всеми присущими им свойствами от высокой механической прочности до температурной стабильности. Графен при этом также сохранил свои качества в виде высокой электронной проводимости и прочих. Гибрид графена и алмаза сочетает лучшие стороны одного и другого, обещая стать базой для сверхпрочных материалов будущего.

Двумерные наноалмазы могут найти широкое применение в отраслях, где требуются прочные, проводящие и одновременно функциональные покрытия, в частности для покрытия деталей микросхем, имплантатов, создания чувствительных сенсоров и других технологических решений. Углерод — основа графена и алмаза — является биосовместимым материалом. В протезировании и хирургии костей и суставов новый материал может произвести революцию, включая также его очевидно интересные оптоэлектронные свойства.

О технологии производства нового материала учёные рассказали в журнале Carbon.

Учёные из Технологического института Джорджии утверждают, что создали «первый в мире функциональный полупроводник, изготовленный из графена». Созданный ими эпитаксиальный графен совместим с традиционными методами производства микроэлектроники, благодаря чему он может считаться реальной альтернативой кремнию.

Источник изображений: Georgia Tech

Технологические эксперты постоянно указывают на необходимость сохранения возможности использования закона Мура в вопросе производства электроники. Однако одна из ключевых проблем, с которой сталкиваются те, кто двигают индустрию производства полупроводников вперёд, заключается в том, что физические свойства кремния приближаются к своим пределам. С другой стороны, графен с момента его открытия в 2004 году постоянно рекламируется как чудо-материал, призванный решить все проблемы, связанные с производством полупроводников в будущем. Тем не менее, попытки его использования пока не способствовали какому-либо значительному или широко распространённому технологическому прорыву. Однако исследователи из Технологического института Джорджии, похоже, действительно совершили значительный шаг вперёд в этом вопросе, объединив очищенный эпитаксиальный графен с карбидом кремния в составе полупроводника.

Исследование ведёт группа учёных из США и Китая под руководством профессора физики из Технологического института Джорджии Уолтера де Хира (Walter de Heer). Де Хир работает над технологиями 2D-графена с начала 2000-х годов.

«Нас мотивировала надежда внедрить три особых свойства графена в электронику. Это чрезвычайно прочный материал, который может выдерживать очень большие токи, при этом не нагреваясь и не разрушаясь», — комментирует учёный.

Однако несмотря на эти три свойства ключевая полупроводниковая характеристика в материалах на основе графена до сих пор отсутствовала. «Давняя проблема в графеновой электроники заключается в том, что графен не имеет правильной запрещенной зоны и не может включаться и выключаться, то есть переходить из одного состояния в другое, с правильным соотношением», — отмечает специалист по наночастицам и наносистемам доктор Лэй Ма (Lei Ma), коллега де Хира из международного цента Тяньцзиньского университета, который также является соавтором работы «Сверхвысокомобильный полупроводниковый эпитаксиальный графен на карбиде кремния», опубликованной в журнале Nature.

Исследователи поясняют, что они нашли способ выращивать графен на пластинах карбида кремния с использованием специальных печей, получив в итоге эпитаксиальный графен, объединённый с карбидом кремния. Согласно официальному блогу Технологического института Джорджии, на совершенствование этого материала ушло десятилетие. Его нынешние испытания показывают, что полупроводниковый материал на основе графена демонстрирует в десять раз большую подвижность электронов, чем кремний.

«Иными словами, электроны в материале движутся с очень низким сопротивлением, что в электронике приводит к более быстрым вычислениям», — поясняется в пресс-релизе института.

Де Хир объясняет привлекательные свойства электроники на основе графена более простыми словами: «Это всё равно, что ехать по автостраде, а не по гравийной дороге. Он [материал на основе графена] более эффективен, не так сильно нагревается и позволяет электронам развивать более высокую скорость».

По словам учёных, их эпитаксиальный графен, объединённый с карбидом кремния, намного превосходит любые другие 2D-полупроводники, находящиеся в разработке. Профессор де Хир охарактеризовал прорыв его группы исследователей в области полупроводниковых материалов как «момент братьев Райт», а также подчеркнул совместимость материала с квантово-механическими волновыми свойствами электронов. Другими словами, он может сыграть важную роль в будущих достижениях в области квантовых вычислений.

Турецкие учёные создали нанотатуировку, которую можно подключить к расположенным поблизости электронными устройствами. При этом татуировке не требуется внешнее питание. Разработка принадлежит Кристену Белкастро (Kristen D. Belcastro), преподавателю Университета Едитепе (Турция, Стамбул) и Онуру Эргену (Onur Ergen), заместителю главы отдела исследований и разработок на факультете электроники и связи в Стамбульском техническом университете.

Источник изображений: spectrum.ieee.org

Изобретение поможет в дальнейшем развитии технологии биосенсоров, поскольку оно не предполагает громоздких элементов вроде традиционных модулей связи и аккумуляторов. Татуировка формируется двумя иглами, независимо подающими на кожу чернила на основе графенового аэрогеля в качестве основы и чернила на основе оксида цинка с нанопроволокой в верхнем слое.

Работа беспроводной связи обеспечивается за счёт пьезоэлектрического эффекта — в татуировке создаётся заряд при деформациях. Приёмником выступает смартфон с широкополосным модемом в качестве вспомогательного устройства. На демонстрации изобретения электронная татуировка использовалась для записи движения, но авторы проекта уверены, что ему найдётся множество других вариантов применения.

«Когда нанесённая метка получает радиочастотные сигналы, она отражает некоторые из них и устанавливает исходящую связь со считывающим компонентом смартфона, тогда как смартфон устанавливает входящую связь с меткой. По этим каналам связи смартфон может постоянно контролировать нанотатуировку и обрабатывать информацию с помощью алгоритмов искусственного интеллекта», — пояснили учёные принцип работы компонента. Такой способ связи, называемый обратным рассеянием, напоминает RFID, но имеет перед ним преимущества, поскольку не ограничивается заданным диапазоном частот: при помощи широкополосного модема авторы исследования произвели подключение на частотах 900 МГц и 2,45 ГГц.

В существующей версии питание элемента осуществляется за счёт пьезоэффекта, предполагающего механическое воздействие на нанотатуировку, например, сгибание части тела, на которую она нанесена. Но изобретатели считают, что в перспективе можно будет использовать и альтернативные подходы. И тогда подобные компоненты смогут применяться, например, в роли беспроводных датчиков для электроэнцефалографии.

Удивительно, но за 15 лет с момента открытия двухслойного графена и транзистора на его основе природа этого явления так и не была выяснена. Точку в понимании физических явлений в p-n-переходе графенового транзистора поставила группа учёных из лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Российские учёные поставили эксперимент, который доказал квантовую природу графенового p-n-перехода.

Свинцов Д., глава лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ. Источник: Сафрон Голиков/Цифровой океан

Как известно, p-n-переходы могут строиться либо на преодолении электронами энергетического барьера (внутреннего электромагнитного поля) на разделе двух полупроводников с разными примесями, либо на эффекте туннельного перехода, когда электроны проходят сквозь барьер за счёт квантовых явлений при гораздо меньших затратах энергии. Разобраться с физикой p-n-перехода в двухслойном графене мешало то, что энергия переключения состояния очень и очень маленькая, что не позволяло с достоверной точностью оценить, какой из эффектов присущ графеновому переключателю.

По исполнению графеновый p-n-переход из двухслойного графена (читай — транзистор) — это простой прибор. Переключаемый переход создаётся в виде разомкнутого двухэлектродного затвора, на которые подаётся два разных напряжения. Впрочем, графен должен быть без каких-либо примесей — максимально чистым. Отсутствие совершенно чистого графена мешало определить — работает ли электронный барьер (по аналогии с примесями в полупроводниках), или туннельный эффект. Два годна назад в МФТИ научились выпускать сверхчистый графен благодаря инкапсуляции его в нитрид бора, и этот материал был использован в эксперименте.

Учёные подвергли графеновый p-n-переход терагерцовому облучению — это сродни нагреву материала, что должно было повысить энергию электронов рядом с границей перехода. Согласно хорошо изученной физике, разогретые электроны легче преодолевали бы барьер, и это привело бы к снижению его сопротивления и увеличению тока через переход. Оказалось, что этого не произошло. Сопротивление перехода падало только в «темноте».

Источник изображения: Nano Letters

Подобное возможно только в том случае, если в основе явления лежит квантовое туннелирование. Для тоннельного перехода важно, чтобы энергетические уровни электронов по обеим сторонам перехода были примерно одинаковы, а «нагрев» вносил дисбаланс. Значит, в случае p-n-перехода из двухслойного графена мы имеем дело с туннельным переходом, а не с классическим преодолением энергетического барьера, о чём исследователи сообщили в статье в ведущем журнале Nano Letters.

Дмитрий Свинцов, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ, рассказал: «Обнаруженная нами ситуация оказывается очень перспективной для электроники. Во-первых, мы имеем высокую электронную подвижность в графене, что даёт возможность создания быстрых полупроводниковых приборов. Во-вторых, мы имеем туннельный характер транспорта, а это даёт возможность управлять током при малых напряжениях, то есть энергоэффективность. Подобной комбинации скорости и энергоэффективности было невозможно достичь в электронике на основе “классических” полупроводниковых материалов».