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文/M叔图侵删近几年，信息技术领域有史以来最大的“焦虑”就是——摩尔定律的极限。所谓摩尔定律是指单位面积的集成电路数量，平均每18个月就要翻一番。从电子集成技术发明以来，摩尔定律一直在延续。单个晶体管的大小，从原来的几百微米，缩小到了今天的7纳米。所以，我们今天的一块手机芯片上，可以有亿个晶体管。这些就是支持一个手机强大算力的基础设施。但发展到这个地步，用于制作晶体管的硅材料，已经遭遇了“物理极限”——如果晶体管再小下去，很可能就会出现“量子效应”——也就是说，芯片会变得不稳定、不可靠。可是人们对于算力的渴望又是无穷无尽的，所以有不少科学家都在尝试，不用传统的硅材料作芯片，尝试其他的材料。96年出生的中国天才少年与石墨烯上的神秘魔角年3月5日，《自然》连续刊发两篇以曹原为第一作者的石墨烯重磅论文，其中提到的材料石墨烯，让那些担心摩尔定律极限的人，看到希望。曹原值得一提的是，论文作者曹原年出生于成都，22岁时已经是麻省理工学院在读博士生。石墨烯是一种以碳原子组成的六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，它的厚度只有一个碳原子大的二维材料。自石墨烯被发现以来，其诸多优异属性一直令人印象深刻：它比铁还要坚固，比铜的导电性还要好等等。石墨烯碳原子结构但让科学家不解的是，石墨烯是一种仅仅由单层的碳原子构成的薄膜。在石墨烯之前，人们不相信仅仅由一层原子织成的薄膜，能够在自然界稳定存在。于是出于对这种结构的惊奇，科学家从很早开始，就在疯狂探索石墨烯的各种应用。既然很早科学家就在研究了，那么为什么年轻的曹原的两篇论文会有如此大的轰动？曹原在自然杂志上发表的石墨烯论文原因是曹原发现一个神奇的现象：通俗得讲，当两层石墨烯之间有一个特别小的夹角的时候（大概1.1°），两层石墨烯的薄膜之间会交替出现超导和绝缘的区域，就像是汽油漂在水面上交替出现的彩色条纹一样。这个现象让科学家们非常兴奋。它开启了一个被称为转角电子学的研究领域，1.1°这个角度，就被称为“魔角”。石墨烯上的魔角与未来芯片产业到了年10月30日，《自然》杂志上发表了一篇中国、美国和日本科学家的关于石墨烯材料的联合研究。这项研究才真正让人们看到了一种未来芯片的全新可能。而在这一次的研究中，人们发现了石墨烯一个更重磅的特性，就是通过一个小的电压变化，我们就可以控制这个超导现象的打开或者关闭。正是这个可控的特性，让科学家异常兴奋，甚至看到了未来芯片的一种可能。为什么这么说呢？一个可控的，能在绝缘和超导之间切换的装置是什么？——其实是一个开关。而我们所熟悉的各种芯片，包括电脑的CPU、手机的AI芯片，还有大量的集成电路器件等等，它最底层的结构单元，其实就是逻辑开关。所以，科学家们仿佛看到了一种全新的、构成芯片底层结构的可能，那就是用两层石墨烯的夹角结构，也就是“魔角”，构成逻辑开关的阵列。而且这个阵列还有一个特别诱人的特性——那就是超导（零电阻效应）。要知道现在芯片行业最头疼的一个难题，就是晶体管发热的问题。而石墨烯夹角带来的超导特性，意味着这样的材料不会发热，因此格外吸引人。不过平心而论，因为目前针对石墨烯器件的研究，普遍都在原理阶段。咱们说的这种新型芯片，距离实现看起来还非常非常远。用石墨烯做出的材料当然，这些都是从芯片材料的角度对于这项研究的解读。作为早期的学术研究，石墨烯转角结构很可能还会从超导原理、二维材料的设计等等其他方面，发挥意想不到的作用。对“魔角”研究的开启，仅仅是因为一位中国天才少年无意中的发现。科学和科技发展之路，虽然充满了偶然性，但离不开那些科学精英的付出。未来倘若真的基于魔角的发现，能够诞生碳基芯片，那超级电脑就不远了，人类也会迎来一个全新的发展速度！参考资料：·付冰冰.谁能“驯服”石墨烯[J].人民周刊,,():P.50-51.·百科百科·赵斌.摩尔定律已经接近物理极限了吗[J].科技导报,(10):.

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