简要概述
多所大学的研究人员携手开发了一种全新的晶体管。团队没有使用硅，而是利用石墨烯构建了一系列逻辑门，其耗电量更低，速度却可能比现有逻辑门快1000倍。
石墨烯再展身手
2004年石墨烯被发现后，研究人员随即掀起一股热潮，开始分离其他二维材料。人们发现，石墨烯是一种具有一系列独特非凡特性的神奇材料。其中一项特性是，它的导电能力比电子产品中最常用的导体铜强十倍。在室温下，石墨烯的导电能力也可达到硅的250倍，超过任何其他已知物质。
这些特性促使西北大学、德克萨斯大学达拉斯分校（UT Dallas）、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和中佛罗里达大学（UCF）的研究人员考虑开发石墨烯晶体管。在一项发表于期刊《自然·通讯》的研究中，团队发现，石墨烯晶体管的性能实际上可能优于当今电脑所用的硅晶体管。
先简单解释一下：晶体管是当今电脑电路的关键元件，它们充当开关，让电子信号和电力得以通过。晶体管组合起来便构成逻辑门——微处理器的核心，负责输入和输出，并以0或1（即所谓的二进制位）运作。微处理器正是借助逻辑门来解决逻辑和计算问题。
“如果要继续推动技术进步，我们需要更快的电脑，以便运行更大型、更先进的模拟，用于气候科学、太空探索和华尔街，”共同作者、UCF助理教授Ryan Gelfand在一份新闻稿中表示。“要实现这一目标，我们不能再依赖硅晶体管了。”
更先进的逻辑门
自2005年以来，采用硅晶体管的微处理器处理速度大多停留在3至4吉赫兹的范围内。这些晶体管所能承载的信号速率和功率有限，主要原因是材料本身存在电阻。不过，研究团队通过改用石墨烯，找到了突破这一限制的方法。
研究人员首先将碳纳米管（一种薄薄卷起的石墨烯片）展开，制成石墨烯带。随后，他们对石墨烯带施加磁场，由此发现可以控制流经带体的电流所受到的电阻。通过利用相邻纳米管增大或减小电流，磁场便能控制电流流动。
团队基于石墨烯晶体管构建的逻辑电路，将微处理器的时钟速度提升了1000倍，所需功耗则仅为硅基电脑的百分之一。此外，这些电路也比采用硅晶体管的逻辑电路更小。Gelfand解释说，这有望让电子设备体积更小，同时集成更多功能。另一项类似研究还探索了将石墨烯用作量子计算机的潜在电容器。
共同作者、UT Dallas的Joseph S. Friedman表示，全碳计算系统目前仍停留在设想阶段；不过，Friedman及其NanoSpinCompute研究实验室的合作者正在研发原型。
“碳材料卓越的材料特性使太赫兹运行成为可能，与最先进的微处理器相比，功率延迟积可降低两个数量级，”研究人员写道。“我们希望推动这些级联逻辑电路的制造，催生新一代高能效计算技术，实现变革性发展。”
