Кфар-Бенсон • 24 марта 2026 г.
Иерусалим, 24 марта 2026 г. (TPS-IL) — Команда израильских и японских ученых создала графен-переключатель, требующий почти нулевого энергопотребления. Это открытие может революционизировать вычислительную технику, позволить создавать устройства с ультранизким энергопотреблением и приблизить футуристические технологии, такие как нейроморфные, подобные мозгу процессоры, к реальности, объявил во вторник Тель-Авивский университет.
Исследование, в котором приняли участие ученые из Национального института материаловедения в Цукубе, Япония, было сосредоточено на графене — одном слое атомов углерода, который уже известен своей исключительной прочностью, тонкостью и проводимостью. Однако его свойства могут кардинально меняться в зависимости от того, как уложены несколько слоев графена. До сих пор изменение порядка укладки требовало больших энергозатрат и было слишком сложным для практического применения.
Новое исследование решает эту проблему. Команда под руководством доктора Нирмала Роя и доктора Пенгуа Ина, под наблюдением профессора Моше Бен-Шалома из Школы физики и астрономии Тель-Авивского университета, создала крошечные «островки» графена шириной всего в десятки нанометров, где слои остаются в прямом контакте, в то время как окружающие области разделены почти не имеющим трения слоем. Такая конструкция позволяет одному слою графена скользить по другому для изменения порядка укладки, используя почти нулевую энергию. Во многих случаях, как только изменение начинается, оно продолжается само по себе без какого-либо дополнительного ввода.
«Это прорыв, который имеет потенциал трансформировать дизайн электронных компонентов в нанометровом масштабе», — сказал Бен-Шалом. «Вместо того чтобы разрывать и перестраивать химические связи, мы просто скользим атомными слоями друг по другу — естественный процесс, который намного быстрее и эффективнее».
Команда также обнаружила, что соседние островки могут быть связаны таким образом, что изменение в одном островке вызывает изменения в других. Такой вид механической «коммуникации» между областями похож на то, как нейроны взаимодействуют в мозге, что может позволить разрабатывать компьютеры, имитирующие работу мозга, известные как нейроморфные вычисления.
Нейроморфные вычисления — это новый тип компьютерного дизайна, который работает больше как человеческий мозг, чем традиционный компьютер. Вместо того чтобы обрабатывать задачи шаг за шагом, он использует сети искусственных «нейронов», которые могут работать параллельно, адаптироваться к новой информации и учиться на опыте. Это делает его гораздо более энергоэффективным и быстрым для таких задач, как распознавание изображений, понимание речи или управление роботами.
Рой объяснил: «Возможность проектировать взаимодействия между различными областями внутри материала открывает новые возможности не только для передовой электроники, но и для вычислительных систем, вдохновленных мозгом. Мы приближаемся к превращению физических явлений, которые когда-то были чисто теоретическими, в рабочие технологии».
Последствия значительны. «Этот метод может позволить создавать интеллектуальные электронные системы в нанометровом масштабе — системы, которые потребляют меньше энергии, выделяют меньше тепла и могут выполнять сложные операции способами, которые до сих пор казались чисто теоретическими», — пояснил Бен-Шалом.
Помимо вычислений, графен-переключатель может использоваться в миниатюрных датчиках и интеллектуальных наноустройствах. Крошечные датчики с низким энергопотреблением могут длительное время контролировать окружающую среду, состояние здоровья или носимые устройства, не разряжая энергию. Механизм скользящих слоев производит минимальное тепло, что делает его идеальным для высокоскоростной электроники и компактных систем, где перегрев является проблемой. В долгосрочной перспективе этот подход может позволить создавать автономных микророботов, медицинские имплантаты и наноустройства, выполняющие сложные задачи.
Исследование было опубликовано в рецензируемом журнале Nature Nanotechnology.
