Nový počítačový čip odolá teplotám 700 °C: Může konečně odhalit tajemství Venuše a dalších extrémních míst

Většina elektronických zařízení, která dnes používáme, má zásadní slabinu: při teplotách nad zhruba 200 stupňů Celsia začínají selhávat. Tato tepelná hranice představovala po desetiletí jednu z nejtvrdohlavějších překážek v inženýrství.

Většina elektronických zařízení, která dnes používáme, má zásadní slabinu: při teplotách nad zhruba 200 stupňů Celsia začínají selhávat. Tato tepelná hranice představovala po desetiletí jednu z nejtvrdohlavějších překážek v inženýrství. Nyní se však týmu z University of Southern California podařilo tuto bariéru prolomit.

Vědci pod vedením profesora Joshuy Yanga v časopise Science zveřejnili zprávu o novém typu paměťového zařízení, které spolehlivě fungovalo při teplotě 700 stupňů Celsia. To je teplejší než roztavená láva a dokonce teplejší než povrch Venuše, který zničil veškerou elektroniku všech dosud vyslaných přistávacích modulů během několika hodin po dosednutí. Klíčové je, že 700 stupňů nebyla hranice odolnosti zařízení, ale pouze maximální teplota, které bylo schopno dosáhnout testovací zařízení. Samotné zařízení nevykazovalo žádné známky selhání.

Toto revoluční zařízení se nazývá memristor a jedná se o nanokomponentu, která dokáže ukládat informace i provádět výpočetní operace. Lze si jej představit jako miniaturní sendvič se dvěma elektrodovými vrstvami na vnější straně a tenkou keramickou výplní uprostřed. Tým jej sestavil z wolframu, kovu s nejvyšším bodem tání ze všech prvků, v kombinaci s keramikou zvanou oxid hafnia a s vrstvou grafenu na spodní straně. Každý z těchto materiálů dokáže odolat obrovskému žáru, ale dohromady se ukázaly jako mimořádně odolné.

Klíčovou složkou je grafen, a to díky způsobu, jakým interaguje s wolframem na atomové úrovni. U konvenčních zařízení teplo způsobuje pomalý drift atomů kovu keramickou vrstvou, dokud nepřemostí obě elektrody, což způsobí zkrat a trvalé poškození zařízení. Grafen tento proces zcela zastavuje. Jeho povrchová chemie s wolframem je, jak popsal Yang, téměř jako olej a voda. Atomy wolframu, které se snaží proniknout ke grafenu, jednoduše nemohou uchytit, což zabraňuje zkratu a selhání. Tým použil pokročilou elektronovou mikroskopii a kvantové počítačové simulace, aby přesně pochopil proč, a proměnil tak šťastný náhodný objev v opakovatelný princip.

Vesmírné agentury dlouho požadovaly elektroniku, která by mohla fungovat nad 500 stupňů Celsia, tedy povrchovou teplotou Venuše, aniž by byla zničena. Hlubinné geotermální vrty vyžadují senzory, které pracují v místech, kde okolní hornina žhne do červena. I jaderné a fúzní energetické systémy generují drtivé teplo v blízkosti svých řídicích zařízení, která mu musí odolat. Chybějící komponenta, jak uvedl Yang, byla nyní vyrobena. Cesta z laboratorního stolu k hotovému produktu, který lze použít v mnoha aplikacích, je sice stále dlouhá, ale poprvé je cíl jasně na dohled.