全碳运算元件可望取代硅晶体管 提升计算机性能

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美国科学家提出了一个完全由碳制成的操作元件的设计方案。在此基础上，可以制造出尺寸更小、效率更高的新晶体管来取代目前的硅晶体管，从而大大提高计算机的性能。

新华社14日报道称，由于硅基半导体发展的瓶颈，研究人员正在积极研究替代方案，例如，基于电子的自旋特性，利用石墨烯等碳材料制造集成电路的基本运算元件——逻辑门。然而，还没有人成功地使这种新的逻辑门实现有效的级联，即能够依次传输信号的结构。

德克萨斯大学达拉斯分校的科学家们在新一期的《自然通讯》上提出了一个全碳自旋元件的设计方案，它可以实现级联效应，无需物理接触就可以无线传输信号。

在这个方案中，使用了碳纳米管和石墨烯纳米带，后者指的是宽度小于50纳米的石墨烯带。电子流过碳纳米管形成电流，电流产生磁场，影响附近石墨烯纳米带中的电流，实现多个逻辑门之间的级联。

研究人员认为，因为石墨烯纳米带之间的通信是通过电磁波进行的，而不像硅半导体那样通过电子流动来实现，所以通信速度会快得多，而且时钟频率可能达到太赫兹水平(每秒1万亿次)，比当前主流计算机快1000倍。此外，这种新元件可以突破硅晶体管无法超越的极限，实现更小的尺寸。

这项设计仍处于蓝图阶段，研究人员计划在下一步制造原型设备，以测试其效率。