Ученые заявили о создании чипа, способного пережить условия на Венере

Фото из открытых источников

Каждое электронное устройство имеет критический недостаток. Если нагреть его примерно до 200 градусов Цельсия, оно начинает выходить из строя. Телефон, бортовой компьютер автомобиля, спутники, вращающиеся прямо сейчас, — все они имеют один и тот же тепловой потолок, заложенный в их конструкцию. Десятилетиями этот потолок был одним из самых непреодолимых барьеров в инженерии. Теперь же команда из Университета Южной Калифорнии, возможно, преодолела его.

В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи под руководством профессора Джошуа Янга сообщают о новом типе запоминающего устройства, которое продолжало надежно работать при температуре 700 градусов Цельсия. Это выше температуры расплавленной лавы. Выше температуры поверхности Венеры, которая вывела из строя все когда-либо отправленные туда посадочные аппараты, уничтожив их электронику в течение нескольких часов после посадки. И что особенно важно, 700 градусов — это не предел, это просто максимальная температура, которую могло выдержать их испытательное оборудование. Устройство не показало никаких признаков отказа.

«Вы можете назвать это революцией, но это лучшая из когда-либо продемонстрированных высокотемпературных запоминающих устройств», — сказал профессор Джошуа Янг из Университета Южной Калифорнии.

Это устройство называется мемристором и представляет собой наноразмерный компонент, способный как хранить информацию, так и выполнять вычислительные операции. Представьте его как крошечный сэндвич с двумя электродными слоями снаружи и тонкой керамической прослойкой посередине. Команда создала свой мемристор из вольфрама, металла с самой высокой температурой плавления среди всех элементов, в сочетании с керамикой, называемой оксидом гафния, и слоем графена снизу. Каждый из материалов способен выдерживать огромные температуры. Вместе они оказались необычайно эффективными.

Ключевым компонентом графена является его взаимодействие с вольфрамом на атомном уровне. В обычном устройстве нагрев заставляет атомы металла медленно перемещаться сквозь керамический слой, пока они не соединят два электрода, вызывая короткое замыкание и навсегда выводя устройство из строя. Графен полностью останавливает этот процесс. Его поверхностная химия с вольфрамом, как описал это Янг, почти как взаимодействие масла и воды.

Атомы вольфрама, дрейфующие к графену, обнаруживают, что просто не могут закрепиться: нет якоря, нет короткого замыкания, нет отказа. Команда использовала передовую электронную микроскопию и компьютерное моделирование на квантовом уровне, чтобы точно понять, почему это происходит, превратив единичный случайный результат в воспроизводимый принцип. И это действительно была удача. Открытие произошло случайно. Команда Янга пыталась создать совершенно другое устройство, когда наткнулась на это.

Космические агентства давно запрашивают электронику, способную работать при температуре выше 500 градусов, что соответствует температуре поверхности Венеры, без разрушения. Для глубоководного геотермального бурения необходимы датчики, работающие там, где окружающие породы светятся красным. Системы ядерной и термоядерной энергетики также генерируют сильное тепло вблизи своего управляющего оборудования и должны быть способны его выдерживать.

Как выразился Янг, недостающий компонент теперь создан. Путь от лабораторного стенда до готового продукта, пригодного для использования в самых разных областях, еще долог, но впервые цель ясна.