Первый в мире гибридный чип из 2D-материалов и кремния

Ученые впервые разработали полностью функциональный чип памяти толщиной в несколько атомов, интегрированный в традиционные кремниевые схемы. Этот прорыв открывает путь к созданию более мощных и энергоэффективных электронных устройств.

Десятилетия инноваций позволили уменьшить схемы компьютерных чипов до такой степени, что сегодня инженеры могут размещать миллиарды микроскопических компонентов на кремниевой пластине размером с ноготь. Однако кремниевые чипы приближаются к физическим пределам миниатюризации при сохранении надежности работы. Решением стали двумерные материалы — ультратонкие структуры толщиной в один атомный слой, которые можно масштабировать еще меньше и которые обладают превосходными электронными свойствами.

До недавнего времени проблема заключалась в том, что из таких материалов, как графен, можно было создавать лишь простые чипы, а их подключение к традиционным процессорам оставалось сложной задачей. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых под руководством Чунсэня Лю из Университета Фудань в Шанхае преодолела эти препятствия. Им удалось объединить атомарно тонкие ячейки памяти на основе 2D-материалов с обычным кремниевым чипом, создав первую в мире гибридную архитектуру такого типа.

Исследователи разработали специальную методику под названием ATOM2CHIP, которая позволяет выращивать память толщиной в несколько атомов непосредственно на стандартном кремниевом чипе. Это решило ключевую инженерную задачу по надежному соединению ультратонкого 2D-слоя с более толстыми кремниевыми схемами. Также была создана особая упаковка для защиты хрупких материалов от механических нагрузок, перегрева и статического электричества.

Чтобы доказать работоспособность чипа, команда провела полномасштабное тестирование, зафиксировав рабочую частоту в пять мегагерц. С помощью проверочной платформы, известной как шахматное программирование, была подтверждена надежность каждой части memory-системы.

Разработанный чип — не просто лабораторный прототип, а функциональное устройство, готовое к реальному применению. Он потребляет минимум энергии, работает быстрее традиционной кремниевой памяти и справляется со сложными операциями, необходимыми современным системам. Эта технология может положить начало новому поколению сверхбыстрой памяти для компактных, эффективных и надежных чипов, что откроет возможности для прорывов в области искусственного интеллекта и изменит принципы хранения и обработки информации.