Новости

Меньше 1 нм: что будет после кремния?

Процессоры, память, сенсоры — всё это держится на одном элементе. Конечно же, на кремнии. Именно он лежит в основе всех современных микрочипов и большей части электроники.

Целые долины названы в его честь. Но что если я скажу, что учёные совершили невозможное — создали чип полностью без кремния? Представьте себе процессор, где вместо привычного полупроводника используется материал из разноцветных таблеток от изжоги.

Да-да, речь о висмуте. Звучит как фантастика, но это реальность: китайские исследователи объявили о создании работающего атомарного чипа, где кремний уже бессилен. Он компактнее, быстрее и эффективнее — и это может стать первым гвоздём в крышку гроба кремниевой эпохи.

Почему нужно искать замену кремнию?

Современные микрочипы становятся всё меньше. Типичный процессор сегодня содержит миллиарды транзисторов — крошечных переключателей, которые должны чётко различать сигналы. Но по мере уменьшения их размеров проявляется квантовое туннелирование — электроны "читерят" и проходят сквозь закрытые затворы.

Это приводит к утечкам тока, нагреву, сбоям и, в конечном итоге, к краху цифровой логики. При техпроцессах около 5 нм транзисторы уже теряют надёжность. Кремний подошёл к физическому пределу: его атом имеет диаметр около 0,54 нм, и уменьшить канал меньше этого невозможно.

Знакомьтесь: висмут

83-й элемент таблицы Менделеева, тяжёлый металл с серебристо-розовым блеском. Часто встречается в лекарствах от желудка благодаря своим защитным и антимикробным свойствам. В отличие от других тяжёлых металлов, висмут нетоксичен.

Его особенность — сильное спинно-орбитальное взаимодействие. Это позволяет управлять не только зарядом, но и спином электрона, открывая новый способ управления током и уменьшая туннелирование.

Однако сам по себе висмут — металл, а значит, не подходит для логики вкл/выкл. Решением стал оксиселенит висмута — двумерный полупроводник, сочетающий тонкость, высокую подвижность и квантовые преимущества.

Первый чип без кремния

В феврале 2025 года команда из Пекинского университета представила в Nature первый в мире транзистор без кремния. Это был не просто прототип, а мультиканальный 2D-гаофет из слоёв висмута.

Канал транзистора — сверхтонкая полоска 2D-висмута, обёрнутая затвором. Устройство стабильно работает при размере всего 0,5 нм. Для кремния это уже область неконтролируемых квантовых эффектов.

Транзистор на висмуте оказался на 40% быстрее и на 10% энергоэффективнее лучших 3-нм решений от Intel и TSMC. Причины успеха — высокая подвижность электронов, минимальные утечки, компактная архитектура и использование графена в межсоединениях.

Будущее после кремния

Хотя в демонстрационном чипе кремний всё же используется как подложка, он не участвует в работе. Это скорее основа для сборки. Китай активно продвигает эту технологию, ведь страна контролирует 80% мировых запасов висмута.

Разработчики уверены: перед нами самая быстрая и энергоэффективная альтернатива кремнию в истории. Это не просто научный успех — это задел на посткремниевую эру.

Когда мы увидим такие чипы в реальных устройствах? Эксперты говорят — не раньше чем через 10 лет. Кремний ещё послужит, но параллельно создаются фундаментальные основы новой эпохи микроэлектроники.

А вы хотели бы смартфон с процессором на висмуте?