來自材料領域的進展，它之所以值得關注，是因為這項進展，有可能可以解決信息技術領域最大的“焦慮”。
2019年10月30日，《自然》雜志上發(fā)表了一篇中國、美國和日本科學家的關于石墨烯材料的聯(lián)合研究。這項研究讓人們看到了一種未來芯片的全新可能。
石墨烯跟芯片有什么關系呢？
這還得從這項研究的淵源說起。下面的內容可能有點陌生，我盡量用最簡單的語言給你解釋清楚。
石墨烯是一種僅僅由單層的碳原子構成的薄膜。在石墨烯之前，人們不相信僅僅由一層原子織成的薄膜，能夠在自然界穩(wěn)定存在。于是出于對這種結構的驚奇，科學家開始瘋狂探索石墨烯的各種應用。
到了2018年，科學家發(fā)現(xiàn)，當兩層石墨烯之間有一個特別小的夾角的時候（大概1.1°），兩層石墨烯的薄膜之間會交替出現(xiàn)超導和絕緣的區(qū)域，就像是汽油漂在水面上交替出現(xiàn)的彩色條紋一樣。
這個現(xiàn)象讓科學家們非常興奮。它開啟了一個被稱為轉角電子學的研究領域，1.1°這個角度，就被稱為“魔角”。
而在這一次的研究中，人們發(fā)現(xiàn)了石墨烯一個更重磅的特性，就是通過一個小的電壓變化，我們就可以控制這個超導現(xiàn)象的打開或者關閉。正是這個可控的特性，讓科學家異常興奮，甚至看到了未來芯片的一種可能。
為什么這么說呢？
你想，一個可控的，能在絕緣和超導之間切換的裝置是什么？——其實是一個開關。
而我們所熟悉的各種芯片，包括電腦的CPU、手機的AI芯片，還有大量的集成電路器件等等，它最底層的結構單元，其實就是邏輯開關。
所以，在遙遠的地平線上，科學家們仿佛看到了一種全新的、構成芯片底層結構的可能，那就是用兩層石墨烯的夾角結構，也就是“魔角”，構成邏輯開關的陣列。
而且這個陣列還有一個特別誘人的特性——那就是超導。
要知道現(xiàn)在芯片行業(yè)最頭疼的一個難題，就是晶體管發(fā)熱的問題。而石墨烯夾角帶來的超導特性，意味著這樣的材料不會發(fā)熱，因此格外吸引人。
不過平心而論，因為目前針對石墨烯器件的研究，普遍都在原理階段。咱們說的這種新型芯片，距離實現(xiàn)看起來還非常非常遠。
那為什么希望這么渺茫，科學家們還費盡心思地鉆研呢？
這是因為，這種新型材料很有可能解決信息技術領域最大的“焦慮”——摩爾定律的極限。
我們知道，所謂摩爾定律是指單位面積的集成電路數量，平均每18個月就要翻一番。在過去半個多世紀的時間里，摩爾定律一直在延續(xù)。單個晶體管的大小，從原來的幾百微米，縮小到了今天的7納米。
所以，我們今天的一塊手機芯片上，可以有100億個晶體管。這些就是支持一個手機強大算力的基礎設施。
但發(fā)展到這個地步，用于制作晶體管的硅材料，已經遭遇了“物理極限”——如果晶體管再小下去，很可能就會出現(xiàn)“量子效應”——也就是說，芯片會變得不穩(wěn)定、不可靠。
可是人們對于算力的渴望又是無窮無盡的，就像上面說到的機器視覺超能力，也需要越來越高的算力才能實現(xiàn)。
所以在科研領域，有不少科學家都在嘗試，不用傳統(tǒng)的硅材料作芯片，嘗試其他的材料。
在這些研究思路之中，有一條就是用碳基芯片代替硅基芯片，石墨烯就是其中之一。
這條關于石墨烯的最新進展之所以值得關注，簡單來說，就是它通過一種可控的方式，實現(xiàn)了石墨烯在超導和絕緣之間的切換。這個切換，讓石墨烯原料成為了一種開關，它能作為一種全新的芯片原理，延續(xù)摩爾定律的發(fā)展。
當然，這些都是從芯片材料的角度對于這項研究的解讀。作為早期的學術研究，石墨烯轉角結構很可能還會從超導原理、二維材料的設計等等其他方面，發(fā)揮意想不到的作用。
這種可能性，正是早期科學探索的魅力。
