วาเลนไทน์

วันพฤหัสบดีที่ 10 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2554

"กราฟีน" วัสดุบางสุด

“กราฟีน” วัสดุบางสุดในจักรวาล ที่จะฆ่า “กฎของมัวร์”

“กฎของมัวร์” บอกว่าทรานซิสเตอร์ที่ใส่ลงไปในชิปจะเพิ่มเป็น 2 ทุกๆ 18 เดือน และที่สุดทรานซิสเตอร์ซึ่งอัดแน่นจะทำให้ชิปร้อนขึ้นและลดประสิทธิภาพลง แต่ด้วย “กราฟีน” วัสดุที่คิดค้นโดย 2 นักฟิสิกส์ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลจะทำให้เราไม่ต้องเผชิญปัญหาดังกล่าวอีกต่อไป
      
       เป็นเวลากว่าครึ่งศตวรรษที่คุณสมบัติของคอมพิวเตอร์ต้องขึ้นอยู่กับ “กฎของมัวร์” (Gordon Moore) ที่ตั้งชื่อตาม กอร์ดอน มัวร์ (Gordon Moore) ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัทผลิตชิปอินเทล (Intel) ซึ่งกฎดังกล่าวระบุว่า จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สามารถใส่ลงไปในชิปนั้นจะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าทุกๆ 18 เดือน นั่นอธิบายได้ถึงความเร็วและความจุของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยุคปัจจุบันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
      
       กฎดังกล่าว ซึ่งทำนายโดยมัวร์นั้นคงอยู่จนถึงกลางทศวรรษ 1970 และยังคงเป็นอย่างนั้นอยู่ แต่สำนักข่าวเอเอฟพีรายงานว่า จะเป็นเช่นนั้นอีกต่อไปไม่ได้แล้ว เพราะประมาณการณ์ว่า ในช่วงต้นปี 2015 วิศวกรที่ยังใช้งานซิลิกอนหรือวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ก่อนหน้านี้จะเผชิญกับข้อจำกัดของการย่อส่วน เมื่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากต้องอัดแน่นอยู่ในพื้นที่เล็กๆ ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นและส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง
      
       อย่างไรก็ดี วัสดุใหม่อย่าง “กราฟีน” (graphene) เป็นวัสดุแห่งความหวังที่จะแก้ปัญหาดังกล่าวได้ และส่งผลให้ อังเดร ไกม์ (Andre Geim) วัย 51 ปี และ คอนสแตนติน โนโวเซลอฟ (Konstantin Novoselov) วัย 36 ปี 2 นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ (University of Manchester) อังกฤษ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2010



“กฎของมัวร์” บอกว่าทรานซิสเตอร์ที่ใส่ลงไปในชิปจะเพิ่มเป็น 2 ทุกๆ 18 เดือน และที่สุดทรานซิสเตอร์ซึ่งอัดแน่นจะทำให้ชิปร้อนขึ้นและลดประสิทธิภาพลง แต่ด้วย “กราฟีน” วัสดุที่คิดค้นโดย 2 นักฟิสิกส์ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลจะทำให้เราไม่ต้องเผชิญปัญหาดังกล่าวอีกต่อไป
      
       เป็นเวลากว่าครึ่งศตวรรษที่คุณสมบัติของคอมพิวเตอร์ต้องขึ้นอยู่กับ “กฎของมัวร์” (Gordon Moore) ที่ตั้งชื่อตาม กอร์ดอน มัวร์ (Gordon Moore) ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัทผลิตชิปอินเทล (Intel) ซึ่งกฎดังกล่าวระบุว่า จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สามารถใส่ลงไปในชิปนั้นจะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าทุกๆ 18 เดือน นั่นอธิบายได้ถึงความเร็วและความจุของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยุคปัจจุบันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
      
       กฎดังกล่าว ซึ่งทำนายโดยมัวร์นั้นคงอยู่จนถึงกลางทศวรรษ 1970 และยังคงเป็นอย่างนั้นอยู่ แต่สำนักข่าวเอเอฟพีรายงานว่า จะเป็นเช่นนั้นอีกต่อไปไม่ได้แล้ว เพราะประมาณการณ์ว่า ในช่วงต้นปี 2015 วิศวกรที่ยังใช้งานซิลิกอนหรือวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ก่อนหน้านี้จะเผชิญกับข้อจำกัดของการย่อส่วน เมื่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากต้องอัดแน่นอยู่ในพื้นที่เล็กๆ ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นและส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง
      
       อย่างไรก็ดี วัสดุใหม่อย่าง “กราฟีน” (graphene) เป็นวัสดุแห่งความหวังที่จะแก้ปัญหาดังกล่าวได้ และส่งผลให้ อังเดร ไกม์ (Andre Geim) วัย 51 ปี และ คอนสแตนติน โนโวเซลอฟ (Konstantin Novoselov) วัย 36 ปี 2 นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ (University of Manchester) อังกฤษ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2010
      
       กราฟีนเป็นนวัตกรรมจากการจัดเรียงโครงสร้างคาร์บอน ซึ่งประกอบไปด้วยอะตอมชั้นเดียวที่จัดเรียงโครงสร้างแลตติซ (lattice) คล้ายรังผึ้ง แต่ถึงแม้วัสดุที่ใช้มีองคืประกอบเคมีอย่างพื้นๆ แต่แสดงออกถึงความแข็งแรง การนำไฟฟ้าและการกระจายความร้อนและได้อย่างโดดเด่น จึงทำให้วัสดุชนิดใหม่นี้เป็นผู้เช้าชิงอันโดดเด่นที่จะแทนที่ชิปสารกึ่งตัวนำหรือชิปเซมิคอนดัคเตอร์ อีกทั้งยังอธิบายได้ว่าเหตุใดบริษัทผลิตชิปยักษ์ใหญ่อย่างไอบีเอ็มและอินเทลจึงลงทุนมโหฬารในวัสดุชนิดนี้ ซึ่งปัจจุบันยังเป็นแค่ผลึกบาง
      
       “เพชรอาจเป็นเพื่อนที่ดีที่สุดของผู้หญิง แต่สำหรับกราฟีนนั้นให้วิธีใหม่ในการใส่อิเล็กตรอนเข้าไปในคาร์บอนได้อย่างคาดไม่ถึง” มาร์แชล สโตนแฮม (Marshall Stoneham) ผู้อำนวยการสถาบันฟิสิกส์ในลอนดอน (Institute of Physics in London) ให้ความเห็น
      
       ตามทฤษฎีแล้วทรานซิสเตอร์จากกราฟีนนั้น มีความเร็วมากกว่าทรานซิสเตอร์จากซิลิกอนสูงมาก อีกทั้งยังรับกับอุณหภูมิที่สูงกว่าได้ดีกว่าด้วย นอกจากนี้กราฟีนซึ่งโปร่งแสงจนเกือบจะใสแจ๋วนั้น ยังเหมาะที่จะนำไปทำหน้าจอสัมผัส แผงไฟส่องสว่างและอาจรวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์ได้ และหากรวมเข้ากับพลาสติกแล้วโครงสร้างผลึกคาร์บอนของกราฟีนจะทำให้ได้วัสดุที่แข็งแรงและทนความร้อน ซึ่งสามารถนำวัสดุประเภทนี้ไปใช้กับดาวเทียม เครื่องบินหรือรถยนต์ทรงสมรรถนะได้ในอนาคต
      
       “กราฟีนเป็นที่รู้จักในฐานะวัสดุมหัศจรรย์ ไม่เพียงแค่เป็นวัสดุที่บางที่สุดในจักรวาล แต่ยังแข็งแรงที่สุดเท่าที่เคยวัดได้ มันรองรับกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าทองแดงหลายล้านเท่า” ไกม์ นักฟิสิกส์ที่เพิ่งได้รับรางวัลโนเบลหมาดๆ กล่าว และอธิบายถึงการทดลองปรากฏการณ์ระดับควอนตัมของวัสดุชนิดนี้ซึ่งยังได้ผลออกไม่ครบ โดยปีที่แล้วเขายังได้รับรางวัลอันทรงเกียรติจากราชบัณฑิตแห่งอังกฤษอีกด้วย
      
       ทั้งนี้ ทฤษฎีเกี่ยวกับกราฟีนเริ่มขึ้นเมื่อปี 1947 แต่เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักฟิสิกส์ทั้งหลายคิดว่า วัสดุชนิดนี้ไม่สามารถอยู่ได้เดี่ยวๆ เนื่องจากแผ่นผลึกบางนี้รวมตัวกันอย่างไม่เสถียร หากแต่เมื่อปี 2004ไกม์และโนโวเซลอฟได้แสดงให้เห็นความฉลาดและเทคโนโลยีราคาถูกที่ทำได้จริง โดยมีความพยายามในการใช้เทปกาวธรรมดาๆ ดึงผลึกจากชิ้นกราไฟต์ ซึ่งเป็นรูปแบบของคาร์บอนที่พบได้ในไส้ดินสอ
      
       ตอนนี้กราฟีนยังเป็นได้เพียงวัสดุในห้องทดลอง ซึ่งผลิตได้เป็นเพียงผลึกที่เล็กยิ่งกว่าเศษเสี้ยวของมิลลิเมตร จึงเล็กเกินกว่าที่จะนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่เมื่อเดือน ม.ค.ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ยุโรปได้สาธิตให้เห็นว่าจะผลผลึกกราฟีน 1 ชั้นบนวัสดุชนิดอื่นที่อยู่บนซิลิกอนคาร์ไบด์ (silicon carbide) อีกชั้นหหนึ่งได้

      
       กราฟีนเป็นนวัตกรรมจากการจัดเรียงโครงสร้างคาร์บอน ซึ่งประกอบไปด้วยอะตอมชั้นเดียวที่จัดเรียงโครงสร้างแลตติซ (lattice) คล้ายรังผึ้ง แต่ถึงแม้วัสดุที่ใช้มีองคืประกอบเคมีอย่างพื้นๆ แต่แสดงออกถึงความแข็งแรง การนำไฟฟ้าและการกระจายความร้อนและได้อย่างโดดเด่น จึงทำให้วัสดุชนิดใหม่นี้เป็นผู้เช้าชิงอันโดดเด่นที่จะแทนที่ชิปสารกึ่งตัวนำหรือชิปเซมิคอนดัคเตอร์ อีกทั้งยังอธิบายได้ว่าเหตุใดบริษัทผลิตชิปยักษ์ใหญ่อย่างไอบีเอ็มและอินเทลจึงลงทุนมโหฬารในวัสดุชนิดนี้ ซึ่งปัจจุบันยังเป็นแค่ผลึกบาง
      
       “เพชรอาจเป็นเพื่อนที่ดีที่สุดของผู้หญิง แต่สำหรับกราฟีนนั้นให้วิธีใหม่ในการใส่อิเล็กตรอนเข้าไปในคาร์บอนได้อย่างคาดไม่ถึง” มาร์แชล สโตนแฮม (Marshall Stoneham) ผู้อำนวยการสถาบันฟิสิกส์ในลอนดอน (Institute of Physics in London) ให้ความเห็น
      
       ตามทฤษฎีแล้วทรานซิสเตอร์จากกราฟีนนั้น มีความเร็วมากกว่าทรานซิสเตอร์จากซิลิกอนสูงมาก อีกทั้งยังรับกับอุณหภูมิที่สูงกว่าได้ดีกว่าด้วย นอกจากนี้กราฟีนซึ่งโปร่งแสงจนเกือบจะใสแจ๋วนั้น ยังเหมาะที่จะนำไปทำหน้าจอสัมผัส แผงไฟส่องสว่างและอาจรวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์ได้ และหากรวมเข้ากับพลาสติกแล้วโครงสร้างผลึกคาร์บอนของกราฟีนจะทำให้ได้วัสดุที่แข็งแรงและทนความร้อน ซึ่งสามารถนำวัสดุประเภทนี้ไปใช้กับดาวเทียม เครื่องบินหรือรถยนต์ทรงสมรรถนะได้ในอนาคต
      
       “กราฟีนเป็นที่รู้จักในฐานะวัสดุมหัศจรรย์ ไม่เพียงแค่เป็นวัสดุที่บางที่สุดในจักรวาล แต่ยังแข็งแรงที่สุดเท่าที่เคยวัดได้ มันรองรับกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าทองแดงหลายล้านเท่า” ไกม์ นักฟิสิกส์ที่เพิ่งได้รับรางวัลโนเบลหมาดๆ กล่าว และอธิบายถึงการทดลองปรากฏการณ์ระดับควอนตัมของวัสดุชนิดนี้ซึ่งยังได้ผลออกไม่ครบ โดยปีที่แล้วเขายังได้รับรางวัลอันทรงเกียรติจากราชบัณฑิตแห่งอังกฤษอีกด้วย
      
       ทั้งนี้ ทฤษฎีเกี่ยวกับกราฟีนเริ่มขึ้นเมื่อปี 1947 แต่เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักฟิสิกส์ทั้งหลายคิดว่า วัสดุชนิดนี้ไม่สามารถอยู่ได้เดี่ยวๆ เนื่องจากแผ่นผลึกบางนี้รวมตัวกันอย่างไม่เสถียร หากแต่เมื่อปี 2004ไกม์และโนโวเซลอฟได้แสดงให้เห็นความฉลาดและเทคโนโลยีราคาถูกที่ทำได้จริง โดยมีความพยายามในการใช้เทปกาวธรรมดาๆ ดึงผลึกจากชิ้นกราไฟต์ ซึ่งเป็นรูปแบบของคาร์บอนที่พบได้ในไส้ดินสอ
      
       ตอนนี้กราฟีนยังเป็นได้เพียงวัสดุในห้องทดลอง ซึ่งผลิตได้เป็นเพียงผลึกที่เล็กยิ่งกว่าเศษเสี้ยวของมิลลิเมตร จึงเล็กเกินกว่าที่จะนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่เมื่อเดือน ม.ค.ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ยุโรปได้สาธิตให้เห็นว่าจะผลผลึกกราฟีน 1 ชั้นบนวัสดุชนิดอื่นที่อยู่บนซิลิกอนคาร์ไบด์ (silicon carbide) อีกชั้นหหนึ่งได้

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น