Совместной группе ученых из США и Италии удалось создать первую интегральную схему на основе графена, представляющую собой генератор, функционирующий на гигагерцовых частотах. Схема включает в себя кольцо из элементарных осцилляторов. Как считают ученые, разработанная схема является важным (не достающим) шагом на пути к созданию любых микроволновых устройств на основе графена.

Графен, представляющий собой двумерный слой атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку, а также другие двумерные материалы (например, молибденит) весьма перспективны с точки зрения применения в электронике будущего.

Главное преимущество подобных низкоразмерных систем заключается в том, что они позволяют сделать устройства, характерные размеры которых менее 10 нм (в отличие от современных низкоразмерных систем, при таких масштабах устройства из кремния приближаются к технологическому пределу своих возможностей).

Однако до сих пор никто не мог продемонстрировать успешного создания высокочастотных цифровых схем на основе этих материалов. Лучший из созданных ранее генераторов из нанотрубок работает на частоте не более 50 МГц.

Пытаясь найти решение, позволяющее значительно повысить тактовую час тот у работы, совместная группа ученых из Politecnico di Milano (Италия) и University of I llinois (США) пришла к первым положительным результатам.

На основе графена исследователи создали высокочастотную цифровую схему, состоящую из элементарных осцилляторов. Получившийся генератор не только работает на частоте 1.28 ГГц; он также оказался менее чувствительным к колебаниям напряжения питания по сравнению с обычными кремниевыми CMOS, а также производившимися ранее осцилляторами из двумерных материалов, упомянутыми выше. Интересно, что подобная идеология компоновки могла бы применяться и для любых других низко-размерных материалов.

Как известно, генераторы являются одним из основных компонентов современной аналоговой электроники (например, радиочастотной или микроволновой электроники, основанной на усилителях, генераторах и микшерах). Поскольку ранее ученым уже удалось создать усилители и микшеры, представленный в работе генератор является последним необходимым элементом для создания полностью графеновых электрических цепей, работающих в микроволновом диапазоне.

Стоит отметить, что в рамках работы ученым также удалось создать новый тип микшера частот. Все продемонстрированные ранее схемы микшеров на основе графена нельзя было назвать автономными – им всем необходимы были внешние осцилляторы для нормального функционирования. Новому устройству это не требуется.

Как считают сами ученые,

их работа значительно продвигает научный мир в сфере изучения низкоразмерных наноматериалов, а так же в их практическом применении, в частности, в высокоскоростных цифровых и аналоговых устройствах.

Научная группа надеется, что их успехи подтолкнут другие команды на новые разработки, что обеспечит достаточно быстрый переход ид ей в коммерческий сектор.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Nano.