Grafeeni ja sähkön nopeus

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Hesarissa kirjoitettiin tiedepalstalla (9.2.2010) siitä kuinka grafeeni tulee korvaamaan puolijohdeteknologian valloittaneen piin. Monet perusutelut olivat varsin ymmärrettäviä, mutta hämmeyystä herätti kun siinä väitettiin sähkön kulkevan nopeammin, kuin piissä. Eikös elektronien nopeus ole aivan yhdentekevä juttu? Signaalihan kulkee valonnopeudella ja elektronit jotain 1 mm/h tjsp? Mitä etua suuremmasta nopeudesta olisi?

"--sähkö kulkee siinä teoriassa jopa yli sata kertaa nopeammin kuin piipohjaisessa johteessa."

Sivut

Kommentit (27)

derz
Seuraa 
Viestejä2431
Liittynyt11.4.2005
Tetrafuran
Signaalihan kulkee valonnopeudella ja elektronit jotain 1 mm/h tjsp? Mitä etua suuremmasta nopeudesta olisi?



Mikroprosessoreissa signaalit kulkevat sähköisessä muodossa; ei valona. Tämän takia sähkön nopeudella - siis elektronien nopeudella puoli/johteessa - on merkitystä. Äskettäin julkaistiin uutinen maailman nopeimmasta grafiinipohjaisesta transistorista, jonka kellotaajuus on ennätykselliset 100 GHz.

http://physicsworld.com/cws/article/news/41643

∞ = ω^(1/Ω)

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6418
Liittynyt8.11.2007
derz
Tetrafuran
Signaalihan kulkee valonnopeudella ja elektronit jotain 1 mm/h tjsp? Mitä etua suuremmasta nopeudesta olisi?



Mikroprosessoreissa signaalit kulkevat sähköisessä muodossa; ei valona. Tämän takia sähkön nopeudella - siis elektronien nopeudella puoli/johteessa - on merkitystä.

Signaalin nopeudella ei ole mitään tekemistä elektronien nopeuden kanssa. Signaali kulkee aina valon nopeudella, vaikka elektronit kulkevatkin hitaasti.
Äskettäin julkaistiin uutinen maailman nopeimmasta grafiinipohjaisesta transistorista, jonka kellotaajuus on ennätykselliset 100 GHz.

Taajuus ja nopeus ovat taas eri juttuja.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä23519
Liittynyt16.3.2005
Tetrafuran
Hesarissa kirjoitettiin tiedepalstalla (9.2.2010) siitä kuinka grafeeni tulee korvaamaan puolijohdeteknologian valloittaneen piin. Monet perusutelut olivat varsin ymmärrettäviä, mutta hämmeyystä herätti kun siinä väitettiin sähkön kulkevan nopeammin, kuin piissä. Eikös elektronien nopeus ole aivan yhdentekevä juttu? Signaalihan kulkee valonnopeudella ja elektronit jotain 1 mm/h tjsp? Mitä etua suuremmasta nopeudesta olisi?

"--sähkö kulkee siinä teoriassa jopa yli sata kertaa nopeammin kuin piipohjaisessa johteessa."




Muistaakseni elektronien liikkuvuus on grafeenissa suuri, josta aiheutuu korkea ajatumisnopeus. Virrantiheys on verrannollinen ajatumisnopeuden ja elektronitiheyden tuloon. Virrantiheys taas määrää sen, kuinka nopeasti johdin- ja hilakapasitanssit pystytään lataamaan ja edelleen kuinka nopeisiin tilanvaihtoihin elektroninen piiri kykenee.

Toimittaja lienee sekoittanut ajautumisnopeuden, sähkön vaikutusnopeuden ja mikropiirin suorituskyvyn täydellisen tietämättömyyden tuomalla itsevarmuudella. Satakertainen liikkuvuus ei luonnollisestikaan tarkoita satakertaista lopullista mikropiirin kytkentänopeutta, mutta osaltaan auttaa aikaansaamaan grafeenista käyttökelpoisia komponentteja. Grafeeni on kyllä erittäin lupaava materiaali, mutta niin on ollut moni muukin piin kilpailija viime vuosikymmeninä. Aika näyttää kuinka grafeenin käy.

Vierailija

Ok no ton tilan vaihtumisen mäkin ymmärrän. Mitä nopeammin voi vaihtua, sitä hurjempi kellotaajuus voidaan saavuttaa. Niin ja kellotaajuudellahan oli joku hämärä korrelaatio laskutehon kanssa.

Joku aika sitten CPUbecnchmark sivun avulla hahmotin itselleni, että yhden tuoteperheen sisällä kellotaajuus kertoo paljonkin. Kuitenkin eri tuoteperheiden tai firmojen kautta laajemmin katsottuna kellotaajuus kerro paljoa mitään laskutehosta.

Jotenkin minusta vain tuntuu että grafeenimikropiiri jää väliinputoajaksi aivan kuin zip/jazz/click disc, beetta nauha ja MD levyt. Sillä ei saavuteta loppujen lopuksi riittävän merkittävää eroa edelliseen tekniikkaan nähden. Tämä aavistus tietysti kariutuu pahemman kerran, mikäli optinen tietokone tai kvanttitietokone kehittyvät hitaasti. Kyllä 100 GHz minulle riittää. Toisaalta aikanaan 100 MB zip levy näytti hienolta 1,44 MB korppuun verrattuna. Kuinka kävikään...

Vierailija
Tetrafuran
Ok no ton tilan vaihtumisen mäkin ymmärrän. Mitä nopeammin voi vaihtua, sitä hurjempi kellotaajuus voidaan saavuttaa. Niin ja kellotaajuudellahan oli joku hämärä korrelaatio laskutehon kanssa.

Joku aika sitten CPUbecnchmark sivun avulla hahmotin itselleni, että yhden tuoteperheen sisällä kellotaajuus kertoo paljonkin. Kuitenkin eri tuoteperheiden tai firmojen kautta laajemmin katsottuna kellotaajuus kerro paljoa mitään laskutehosta.

Jotenkin minusta vain tuntuu että grafeenimikropiiri jää väliinputoajaksi aivan kuin zip/jazz/click disc, beetta nauha ja MD levyt. Sillä ei saavuteta loppujen lopuksi riittävän merkittävää eroa edelliseen tekniikkaan nähden. Tämä aavistus tietysti kariutuu pahemman kerran, mikäli optinen tietokone tai kvanttitietokone kehittyvät hitaasti. Kyllä 100 GHz minulle riittää. Toisaalta aikanaan 100 MB zip levy näytti hienolta 1,44 MB korppuun verrattuna. Kuinka kävikään...


Elä heitä hyvää kirvestä kaivoon, tuo 100 Ghz oli vasta kehityslinjan alku, ei kai tuo mikään yläraja ollut.

jepajee
Seuraa 
Viestejä20402
Liittynyt29.12.2009
Ertsu
derz
Tetrafuran
Signaalihan kulkee valonnopeudella ja elektronit jotain 1 mm/h tjsp? Mitä etua suuremmasta nopeudesta olisi?



Mikroprosessoreissa signaalit kulkevat sähköisessä muodossa; ei valona. Tämän takia sähkön nopeudella - siis elektronien nopeudella puoli/johteessa - on merkitystä.

Signaalin nopeudella ei ole mitään tekemistä elektronien nopeuden kanssa. Signaali kulkee aina valon nopeudella, vaikka elektronit kulkevatkin hitaasti.
Äskettäin julkaistiin uutinen maailman nopeimmasta grafiinipohjaisesta transistorista, jonka kellotaajuus on ennätykselliset 100 GHz.

Taajuus ja nopeus ovat taas eri juttuja.



Miten signaali voi kulkea valonnopeudella jos sen välittäjähiukkaset eivät kulje?

Elektroniikassa usein sanotaan korkean taajuuden komponentteja nopeiksi komponenteiksi.

jepajee
Seuraa 
Viestejä20402
Liittynyt29.12.2009
Tetrafuran
Ok no ton tilan vaihtumisen mäkin ymmärrän. Mitä nopeammin voi vaihtua, sitä hurjempi kellotaajuus voidaan saavuttaa. Niin ja kellotaajuudellahan oli joku hämärä korrelaatio laskutehon kanssa.



Korkeampi kellotaajuus on aina nopeampi käytännössä kuin hitaampi kellotaajuus kun rikotaan informaatio biteiksi. Eri arkkitehtuureissa käytetään kuitenkin eri algoritmeja, joten jokin tuote voi tarvita vähemmän bittejä saman lopputuloksen kannalta.

Vierailija
jees

Miten signaali voi kulkea valonnopeudella jos sen välittäjähiukkaset eivät kulje?


Oletetaan että johtimessa on tietty vakiojännite. Vaikkapa 1 V. Sitten yhtäkkiä joku keksii piuhan toisessa päässä, että väännetäänpä tuosta putikasta suurempi jännite. Esim. 2 V. Kuinka pian menee, että piuhan toisessa päässä oleva virtamittari havaitsee muutoksen?

Tuossa esimerkissä yksinkertainen jännitteen muutos edustakoon signaalia. Kuvana se signaali olisi siis tuon kaltainen:

Nykyään tietysti signaali voi olla vaikkapa siniaalto tai joku monimutkaisempikin aaltoliike. Korjatkaa ihmeessä, jos tiedätte signaalin todellisen nopeuden. Minulle kun on jäänyt sellainen käsitys että tuo muutos etenee valon nopeudella. Siksipä sähkö ja valo ovatkin hyviä tiedon välittäjiä.

Vierailija

[quote="Ertsu"]
Signaalin nopeudella ei ole mitään tekemistä elektronien nopeuden kanssa. Signaali kulkee aina valon nopeudella, vaikka elektronit kulkevatkin hitaasti.
[quote]

Periaatteessa noin. Signaali kulkee kuitenkin johtimessa vähän hitaammin. Esim. normaalissa antennikaapelissa nopeus on 0.6*c.

Vierailija
Tetrafuran

Joku aika sitten CPUbecnchmark sivun avulla hahmotin itselleni, että yhden tuoteperheen sisällä kellotaajuus kertoo paljonkin. Kuitenkin eri tuoteperheiden tai firmojen kautta laajemmin katsottuna kellotaajuus kerro paljoa mitään laskutehosta.



Niinpä. Jossain prosessorissa esim. kahden 32b luvun yhteenlasku vie aikaa 5 kellojaksoa. Jokin toinen prosessorityppi saattaa toimia hitaammalla kellotaajuudella mutta se suorittaakin saman yhteenlaskun 1 kellojakson aikana.

Zäp
Seuraa 
Viestejä2236
Liittynyt19.10.2009
jees
Miten signaali voi kulkea valonnopeudella jos sen välittäjähiukkaset eivät kulje?



Se välittäjähiukkanen on tässäkin tapauksessa fotoni. Signaali kulkee sähköisen vuorovaikutuksen muodossa elektronilta toiselle. Elektronien liikkeen nopeus on eri asia.

Vierailija

Vain pieni osa elektroneista osallistuu sähkönkuljetukseen: ne elektronit, jotka sijaitsevat Fermi-pinnan läheisyydessä. Grafeenissa elektronien Fermi-nopeus on samaa suuruusluokkaa kuin metalleissa. Miksi grafeeni on sitten niin mielenkiintoinen materiaali? Ensinnäkin varaustiheyttä (ja siis johtavuutta) grafeenissa on erittäin helppo säätää jännitteen avulla. Toisekseen, kokeellisesti valmistettu grafeeni vaikuttaa olevan hyvin puhdasta. Toisin sanoen grafeenin elektronit eivät siroa epäpuhtauksista yhtä paljoa kuin metalleissa, ja/tai epäpuhtauksia on selvästi vähemmän. (Toistaiseksi on varsin epäselvää, mikä merkitys substraatilla on grafeenin sähköisiin ominaisuuksiin). Tästä seuraa, että varauksenkuljettajien liikkuvuus on grafeenissa aivan omaa luokkaansa, mitä taas voidaan käyttää varsin nopeiden transistorien rakentamiseen.

Ongelmana grafeenitransistoreissa on, että koska vyörakenteessa ei ole energia-aukkoa, transistoria ei saa "off"-tilaan. Energia-aukko voidaan synnyttää esimerkiksi leikkaamalla grafeenia hyvin ohuiksi nauhoiksi, tai lisäämällä grafeeniin kemiallisia epäpuhtauksia.

jepajee
Seuraa 
Viestejä20402
Liittynyt29.12.2009
Tetrafuran
jees

Miten signaali voi kulkea valonnopeudella jos sen välittäjähiukkaset eivät kulje?


Oletetaan että johtimessa on tietty vakiojännite. Vaikkapa 1 V. Sitten yhtäkkiä joku keksii piuhan toisessa päässä, että väännetäänpä tuosta putikasta suurempi jännite. Esim. 2 V. Kuinka pian menee, että piuhan toisessa päässä oleva virtamittari havaitsee muutoksen?

Tuossa esimerkissä yksinkertainen jännitteen muutos edustakoon signaalia. Kuvana se signaali olisi siis tuon kaltainen:

Nykyään tietysti signaali voi olla vaikkapa siniaalto tai joku monimutkaisempikin aaltoliike. Korjatkaa ihmeessä, jos tiedätte signaalin todellisen nopeuden. Minulle kun on jäänyt sellainen käsitys että tuo muutos etenee valon nopeudella. Siksipä sähkö ja valo ovatkin hyviä tiedon välittäjiä.




Teoreettisestihan se tapahtuu silloin välitömästi, koska kytkentä on tapahtunut välittömästi.

Jos rajataan kapasitanssit ja induktanssit ulkopuolelle, niin (E:)signaali kulkee aineelle ominaista nopeutta. (E) Nopeampi liikuskelu havaitaan sinisenä valona.

Vierailija

Signaali (jänniteaalto) etenee johtimessa sähkömgneettisena aaltona lähes valon nopeudella. Johtimen induktanssi ja kapasitanssi vaikuttavat hidastavasti etenemisnopeuteen

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat