全碳运算元件有望取代硅晶体管

 科技日报北京6月14日电 （记者刘霞）据物理学家组织网近日报道，美国科学家提出一种完全用碳制成运算元件的设计方案。他们表示，这一元件未来能被制造得比硅晶体管更小，且性能更好，有望替代硅晶体管，大大提升计算机的运算速度。研究发表在最新一期的《自然·通讯》杂志上。

现有电子设备离不开晶体管，这种微小的硅结构器件类似开关，能打开和关闭电流。近年来，工程师们一直在想方设法利用电子的自旋属性，制造新型晶体管和自旋电子设备。例如，用石墨烯等碳材料制造集成电路的基本运算组件——逻辑门，但迄今尚未成功使这种新型逻辑门实现有效的“级联”，即把信号依次传递下去。现在，得克萨斯大学达拉斯分校电子和计算工程学助理教授约瑟夫·弗里德曼领导的团队提出了一种能实现级联效果的全新设计方案，且能在没有物理接触的情形下“无线”传递信号。

在新的自旋电子电路设计方案中，科学家们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。基于电磁学的基本原则，电子流经碳纳米管形成电流，电流产生磁场，磁场影响附近石墨烯纳米带内的电流，从而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讯通过电磁波进行，不像硅半导体通过电子的流动实现，因此，新计算系统的通讯速度会快很多，时钟频率有望达到太赫兹（每秒一万亿次），比当前主流计算机快1000倍。另外，新原件能被制造得比硅基晶体管小得多，而目前硅基晶体管的大小几乎接近极限。

这一设计方案目前仍处于蓝图阶段，弗里德曼表示，他们计划下一步制造出这种全碳、级联自旋电子运算系统的原型器件，并检验其效率。