2D CMOS कंप्यूटर सिलिकॉन विकल्पों का नया युग शुरू करता है

सेमीकंडक्टर तकनीक की दुनिया में, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की नींव बनाती है, सिलिकॉन (Si) सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला पदार्थ है।

ऑक्सीजन के बाद पृथ्वी पर दूसरा सबसे अधिक प्रचुर तत्व, सिलिकॉन ने सेमीकंडक्टर तकनीक में छोटे आकार की दिशा में प्रगति को संभव बनाया है। माइक्रोप्रोसेसर से लेकर ऑटोमेशन, कंप्यूटर, स्मार्टफ़ोन और इलेक्ट्रिक वाहन तक, इसने उपकरणों के भौतिक आकार को काफी घटाकर इलेक्ट्रॉनिक्स में क्रांतिकारी बदलाव लाए हैं।

लेकिन अब, स्केलिंग में आने वाली चुनौतियों ने नए पदार्थों की खोज को आवश्यक बना दिया है। यहाँ, दो-आयामी (2D) पदार्थ एटॉमिक स्तर पर डिवाइस प्रदर्शन में अभूतपूर्व प्रगति की संभावना दिखाते हैं।

2D पदार्थ एकल परमाणु परत वाले अल्ट्रा-पतले नैनोमटेरियल होते हैं। इनमें उच्च अनिसोट्रॉपी और रासायनिक कार्यक्षमता होती है, और उनके आकर्षक इलेक्ट्रॉनिक गुण उन्हें विभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाते हैं। ग्रैफ़ीन एक लोकप्रिय 2D पदार्थ है। 

इसलिए, उनकी एटॉमिक मोटाई और उच्च कैरियर मोबिलिटी के साथ, 2D पदार्थ एक आशाजनक विकल्प प्रदान करते हैं। वेफ़र-स्केल वृद्धि, उच्च-प्रदर्शन फील्ड-इफ़ेक्ट ट्रांज़िस्टर (FET), और इन पदार्थों पर आधारित सर्किटों में भी महत्वपूर्ण प्रगति हुई है।

FET एक प्रकार का ट्रांज़िस्टर है जो एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके सेमीकंडक्टर में धारा को नियंत्रित करता है। आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में, FET उच्च वोल्टेज और उच्च आवृत्ति पावर सर्किटों में एक नियंत्रित स्विच के रूप में कार्य करता है।

हालांकि बहुत प्रगति हुई है, कॉम्प्लीमेंटरी मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (CMOS) एकीकरण प्राप्त करना अभी भी एक चुनौती बना हुआ है। 

CMOS एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग एकीकृत सर्किटों के निर्माण में किया जाता है, विशेष रूप से कंप्यूटर प्रोसेसर, मेमोरी चिप और अन्य डिजिटल उपकरणों में। यह इन घटकों में विद्युत प्रवाह को नियंत्रित करने में मदद करता है, जो सही कार्य के लिए आवश्यक है।

विशेष रूप से, CMOS लॉजिक कार्यों को प्राप्त करने के लिए n-टाइप (NMOS) और p-टाइप (PMOS) ट्रांज़िस्टर दोनों का पूरक रूप से उपयोग करता है। 

N-टाइप ट्रांज़िस्टर मुख्य रूप से नकारात्मक चार्ज वाले इलेक्ट्रॉनों को चार्ज कैरियर्स के रूप में उपयोग करके विद्युत धारा को प्रवाहित करते हैं। P-टाइप ट्रांज़िस्टर में अधिकांश चार्ज कैरियर्स होल (धनात्मक चार्ज) होते हैं, और वे पावर सप्लाई से आउटपुट तक धारा को प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं।

CMOS में, मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर उन पदार्थों को दर्शाता है जो ट्रांज़िस्टर के निर्माण में उपयोग होते हैं: गेट के लिए धातु, इंसुलेशन के लिए ऑक्साइड, और चैनल के लिए सिलिकॉन सेमीकंडक्टर। 

CMOS को शक्तिशाली बनाता है कि यह एक ही सेमीकंडक्टर चिप पर जटिल इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बनाने की अनुमति देता है। साथ ही, CMOS ट्रांज़िस्टर अन्य तकनीकों की तुलना में कम शक्ति का उपयोग करते हैं क्योंकि वे केवल स्थिति बदलने (ऑन/ऑफ़) के समय ही शक्ति खपत करते हैं। इसके अलावा, CMOS सर्किट अपनी उच्च विश्वसनीयता के लिए जाने जाते हैं।

अब, पेन स्टेट के शोधकर्ताओं ने 2D पदार्थों के साथ CMOS को एकीकृत करने की चुनौती को पार कर लिया है। 

उन्होंने जो किया है, वह है CMOS तकनीक पर आधारित एक 2D एक-निर्देश सेट कंप्यूटर विकसित किया। यह बड़े क्षेत्र वाले n-टाइप MoS2 और p-टाइप WSe2 फील्ड-इफ़ेक्ट ट्रांज़िस्टर की विषम एकीकरण का लाभ उठाता है। 

टीम ने दोनों n- और p-टाइप 2D FETs के थ्रेशहोल्ड वोल्टेज को अनुकूलित करके उच्च ड्राइव करंट और घटे हुए सबथ्रेशहोल्ड लीकेज हासिल किया। यह चैनल लंबाई को स्केल करके किया गया, जिसके लिए उन्होंने हाई-κ गेट डाइइलेक्ट्रिक को शामिल किया और सामग्री वृद्धि तथा डिवाइस पोस्ट-प्रोसेसिंग को अनुकूलित किया।

इससे सर्किट संचालन 3 V से नीचे, 25 kHz तक की ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी, पिकोवॉट रेंज में अल्ट्रा-लो पावर खपत और लगभग 100 pJ की स्विचिंग ऊर्जा संभव हुई।

पेन स्टेट का 2D CMOS कंप्यूटर एटॉमिक सीमा को धकेलता है

सिलिकॉन सेमीकंडक्टर तकनीक में अग्रणी है, लेकिन इस रासायनिक तत्व के विपरीत, एक-परमाणु मोटी 2D पदार्थ इस स्केल पर अपनी विशेषताओं को बनाए रख सकते हैं।

“फील्ड-इफ़ेक्ट ट्रांज़िस्टर (FETs) के निरंतर छोटे आकार को सक्षम करके दशकों से इलेक्ट्रॉनिक्स में उल्लेखनीय प्रगति को चलाने” के बाद, सिलिकॉन को उपकरणों को और बेहतर तथा छोटे बनाने में एक बड़ी चुनौती का सामना करना पड़ रहा है। 

“जैसे ही सिलिकॉन उपकरण छोटे होते हैं, उनका प्रदर्शन घटने लगता है,” अध्ययन के प्रमुख, सप्तरशी दास, जो पेन स्टेट में एकल्ली प्रोफेसर ऑफ़ इंजीनियरिंग और इंजीनियरिंग साइंस एंड मैकेनिक्स के प्रोफेसर हैं, ने कहा।

इसके विपरीत, 2D पदार्थ अपनी असाधारण इलेक्ट्रॉनिक विशेषताओं को एटॉमिक मोटाई पर भी बनाए रखते हैं, इस प्रकार “एक आशाजनक मार्ग प्रदान करते हैं।” इसलिए, इस अग्रणी कार्य में, शोधकों की टीम ने 2D पदार्थों का उपयोग करके एक कंप्यूटर विकसित किया जो सरल संचालन करने में सक्षम है।

नेचर में प्रकाशित, इस अध्ययन को नेवल रिसर्च ऑफिस, आर्मी रिसर्च ऑफिस, और यू.एस. नेशनल साइंस फाउंडेशन के समर्थन से भागिक रूप से समर्थन मिला, और यह पतले, तेज़ और अधिक ऊर्जा-कुशल इलेक्ट्रॉनिक्स को साकार करने में बड़े छलांग को विस्तृत करता है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, उन्होंने सिलिकॉन पर निर्भर हुए बिना एक CMOS कंप्यूटर बनाया है, जो एक टेट्रावैलेंट मेटालॉइड है जो धातुओं और अधातुओं के बीच की विशेषताएँ प्रदर्शित करता है। शोधकर्ताओं ने इसे दो विभिन्न 2D पदार्थों से बदल दिया है ताकि CMOS कंप्यूटरों में विद्युत प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक दो प्रकार के ट्रांज़िस्टर विकसित किए जा सकें।

n-टाइप ट्रांज़िस्टर के लिए, उन्होंने मोलीब्डेनम डिसल्फाइड (MoS2) का उपयोग किया, जो 2D ट्रांज़िशन मेटल डाइकल्कोजेनाइड (TMDCs) इनऑर्गेनिक पदार्थों की एक वर्ग है, जिसमें कम घर्षण गुणांक, उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता और उच्च घिसाव प्रतिरोध है, जो विशिष्ट परिस्थितियों पर निर्भर करता है। 

p-टाइप ट्रांज़िस्टर के लिए टंगस्टन डिसेलेनाइड (WSe2) का उपयोग किया जाता है। यह इनऑर्गेनिक यौगिक मोलीब्डेनम डिसल्फाइड के समान षट्भुज क्रिस्टलीय संरचना रखता है और अपनी विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक विशेषताओं के लिए जाना जाता है, जिसमें उच्च कैरियर मोबिलिटी, पर्याप्त बैंड गैप, और उल्लेखनीय ऑन-ऑफ़ अनुपात शामिल हैं। 

CMOS तकनीक को उच्च प्रदर्शन को कम पावर खपत के साथ प्राप्त करने के लिए n-टाइप और p-टाइप दोनों सेमीकंडक्टरों को साथ काम करना आवश्यक है। हालांकि, यह सिलिकॉन से आगे बढ़ने के प्रयासों में एक प्रमुख चुनौती रहा है। 

और जबकि अध्ययनों ने दिखाया है कि 2D पदार्थ-आधारित छोटे सर्किट को जटिल, कार्यात्मक कंप्यूटरों में स्केल किया जा सकता है, यह उपलब्धि अभी तक हासिल नहीं हुई है।

शोधकर्ताओं के अनुसार, यही उनके काम की मुख्य प्रगति है। पहली बार, उन्होंने पूरी तरह से 2D पदार्थों से बना एक CMOS कंप्यूटर बनाया है, जिसमें बड़े क्षेत्र में उगाए गए मोलीब्डेनम डिसल्फाइड और टंगस्टन डिसेलेनाइड ट्रांज़िस्टर को मिलाया गया है।

ट्रांज़िस्टर को बनाते समय, टीम ने मेटल-ऑर्गेनिक केमिकल वेपर डिपोज़िशन (MOCVD) नामक प्रक्रिया का उपयोग किया। इस प्रक्रिया में, सामग्री को वाष्पित किया जाता है, जिससे रासायनिक प्रतिक्रिया होती है और उत्पाद को सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है।

MOCVD का उपयोग करके, टीम ने मोलीब्डेनम डिसल्फाइड और टंगस्टन डिसेलेनाइड की बड़ी शीटें उगाईं और प्रत्येक प्रकार के 1,000 से अधिक ट्रांज़िस्टर बनाए। 

फिर, डिवाइस निर्माण और पोस्ट-प्रोसेसिंग में सावधानीपूर्वक बदलावों के माध्यम से, टीम ने n- और p-टाइप ट्रांज़िस्टर के थ्रेशहोल्ड वोल्टेज को समायोजित किया, जिससे पूरी तरह कार्यात्मक CMOS लॉजिक सर्किट विकसित किए जा सके।

According to Subir Ghosh, the first author of the study and a doctoral student of engineering science and mechanics:

“हमारा 2D CMOS कंप्यूटर कम सप्लाई वोल्टेज पर न्यूनतम पावर खपत के साथ कार्य करता है और 25 किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्ति पर सरल लॉजिक ऑपरेशन्स कर सकता है।” 

हालांकि यह ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी पारंपरिक सिलिकॉन CMOS सर्किटों की तुलना में कम है, घोश ने बताया कि उनका कंप्यूटर अभी भी सरल लॉजिक ऑपरेशन्स करने में सक्षम है।

“हमने एक कम्प्यूटेशनल मॉडल भी विकसित किया, जिसे प्रयोगात्मक डेटा से कैलिब्रेट किया गया और उपकरणों के बीच विविधताओं को शामिल किया गया, ताकि हमारे 2D CMOS कंप्यूटर के प्रदर्शन का प्रोजेक्शन किया जा सके और इसे अत्याधुनिक सिलिकॉन तकनीक के साथ बेंचमार्क किया जा सके। यद्यपि आगे अनुकूलन की संभावना है, यह कार्य 2D पदार्थों का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र को आगे बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है।”

– घोश

इसलिए, यह एक बड़ी उपलब्धि है, लेकिन काम अभी समाप्त नहीं हुआ है। 2D CMOS कंप्यूटर दृष्टिकोण को व्यापक उपयोग के लिए आगे विकसित करने हेतु अधिक शोध की आवश्यकता है। हालांकि, दास ने सिलिकॉन तकनीक के विकास की तुलना में इस क्षेत्र की तेज़ प्रगति पर ज़ोर दिया।

“सिलिकॉन तकनीक लगभग 80 वर्षों से विकसित हो रही है, लेकिन 2D पदार्थों पर शोध अपेक्षाकृत नया है, जो वास्तव में 2010 के आसपास उभरा। हम उम्मीद करते हैं कि 2D पदार्थ कंप्यूटरों का विकास भी एक क्रमिक प्रक्रिया होगा, लेकिन यह सिलिकॉन की प्रगति की तुलना में एक बड़ी छलांग है।”

– दास

2D पदार्थों के साथ माइक्रोचिप्स का बड़े पैमाने पर निर्माण

कुछ महीने पहले, चीन के वैज्ञानिकों ने भी मोलीब्डेनम डिसल्फाइड का उपयोग करके एक माइक्रोचिप विकसित करने की रिपोर्ट की। इस चिप में 5,931 ट्रांज़िस्टर हैं, जिनमें से प्रत्येक तीन परमाणु मोटी है।

वैज्ञानिकों का मानना है कि मोलीब्डेनम डिसल्फाइड (MoS2) सिलिकॉन के आगे की प्रगति न कर पाने पर भी मूर्स लॉ को जारी रखने में सक्षम होगा।

“हालांकि 2D पदार्थों को एक दशक से अधिक समय से व्यापक रूप से समर्थन मिला है, उनके वर्तमान विकास की वास्तविक सीमा किसी एकल डिवाइस के प्रदर्शन में नहीं है, क्योंकि कई 2D इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस प्रयोगशाला स्तर पर बहुत अच्छी तरह काम करते हैं।”

– वेनझोंग बाओ, फुदान विश्वविद्यालय के प्रोफेसर

2D पदार्थों की व्यावहारिकता पर सवाल उठाया जा रहा है क्योंकि “एक एकीकृत तकनीकी प्रणाली की कमी है जो स्केलेबल, दोहराने योग्य और औद्योगिक प्रक्रियाओं के साथ संगत हो,” उन्होंने जोड़ा।

इसलिए, टीम ने RV32-WUJI नामक एक नया माइक्रोचिप बनाया। इसमें लगभग 6,000 MoS2 ट्रांज़िस्टर हैं जो पारंपरिक CMOS तकनीकों का उपयोग करके निर्मित किए गए हैं, जो प्रयोगशाला अनुसंधान से सिस्टम-स्तर की इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में परिवर्तन को दर्शाता है।

माइक्रोचिप में एक RISC-V आर्किटेक्चर है जो मानक 32-बिट निर्देशों को निष्पादित कर सकता है। नया प्रोसेसर इंसुलेटिंग सैफ़ायर सब्सट्रेट पर निर्मित है जो इलेक्ट्रॉनिक रूप से एक ट्रांज़िस्टर को दूसरे से अलग करता है। RV32-WUJI के लिए एक स्टैंडर्ड सेल लाइब्रेरी भी विकसित की गई है, जिसमें बुनियादी कार्यों को करने के लिए 25 प्रकार की लॉजिक यूनिट्स शामिल हैं। प्रक्रिया के प्रत्येक चरण को अनुकूलित करने के लिए, टीम ने मशीन लर्निंग का उपयोग किया।

शोधकर्ताओं ने 99.77% का निर्माण यील्ड हासिल किया है। चिप अंकगणित करने पर केवल 0.43 मिलीवॉट शक्ति का उपभोग करती है। 

जबकि सिलिकॉन चिप्स में लाखों गुना अधिक ट्रांज़िस्टर और ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसीज़ होती हैं जो नई डिवाइस से बहुत तेज़ हैं, बाओ ने कहा कि नया काम प्रयोगशाला में आधारित है, जबकि सिलिकॉन-आधारित सेमीकंडक्टरों में पिछले कई दशकों में विशाल R&D संसाधनों का निवेश किया गया है। यदि उद्योग 2D सेमीकंडक्टर्स अपनाता है, “हमें विश्वास है कि सिलिकॉन-आधारित प्रदर्शन के साथ तालमेल बिठाने की गति हमारी कल्पना से भी तेज़ होगी,” उन्होंने जोड़ा।

2D सक्रिय पदार्थ मोलीब्डेनम डिसल्फाइड (MoS2) को हाल ही में वियना विश्वविद्यालय और वियना टेक्नोलॉजी विश्वविद्यालय द्वारा किए गए एक नए अध्ययन में एटॉमिक स्तर पर प्लेटिनम (Pt) अपग्रेड मिला।

शोधकर्ताओं ने व्यक्तिगत Pt परमाणुओं को अल्ट्रा-पतले MoS2 मोनोलेयर पर एम्बेड किया और पहली बार एक नवाचारी दृष्टिकोण के माध्यम से एटॉमिक सटीकता के साथ उनके लैटिस में सटीक स्थितियों को निर्धारित किया।

उनका दृष्टिकोण, जो MoS2 मोनोलेयर में लक्षित दोष निर्माण, नियंत्रित प्लेटिनम डिपोज़िशन, और उच्च-कॉन्ट्रास्ट कम्प्यूटेशनल माइक्रोस्कोपिक इमेजिंग तकनीक को एकीकृत करता है, शोधकर्ता मानते हैं कि 2D प्रणालियों में एटॉमिक-स्केल विशेषताओं को समझने और इंजीनियर करने के नए मार्ग प्रदान करता है।

CMOS से परे: हाइब्रिड 2D पदार्थ और क्वांटम पाथवे

शोधकर्ता लंबे समय से अगली पीढ़ी की इलेक्ट्रॉनिक्स में सिलिकॉन को बदलने के लिए नए पदार्थों की तलाश कर रहे हैं। इन पदार्थों को उच्च प्रदर्शन और कम पावर खपत प्रदान करनी चाहिए, साथ ही स्केलेबिलिटी भी होनी चाहिए, जो उन्हें 2D पदार्थों की ओर ले जाती है।

कुछ साल पहले MIT द्वारा सह-नेतृत्व किया गया एक बहु-संस्थागत कार्य वास्तव में दो तकनीकी प्रगति हासिल किया और यह पहली बार रिपोर्ट किया गया कि उनका तरीका, ट्रांज़िशन मेटल डाइकल्कोजेनाइड (TMD), सेमीकंडक्टर पदार्थों को उगाने से उपकरण तेज़ और अधिक ऊर्जा-कुशल बनेंगे।

नए पदार्थ बनाने के लिए, टीम को वेफ़र-स्केल या बड़े पैमाने पर तीन चुनौतियों को पार करना पड़ा: एकल क्रिस्टैलिटी सुनिश्चित करना, वर्टिकल हेटेरोस्ट्रक्चर, और असमान मोटाई को रोकना।

3D पदार्थों के विपरीत, जो समान सतह प्राप्त करने के लिए रफ़रिंग और स्मूदिंग से गुजरते हैं, 2D पदार्थ इस प्रक्रिया को नहीं अपनाते, जिससे सतह असमान हो जाती है। इससे बड़े पैमाने पर उच्च-गुणवत्ता, समान 2D पदार्थ बनाना कठिन हो जाता है।

इसलिए, टीम ने एक सीमित संरचना बनाई जो 2D पदार्थों के काइनेटिक नियंत्रण को बढ़ावा देती है, जिससे न केवल सभी चुनौतियों का समाधान हुआ बल्कि छोटे समय में वृद्धि के लिए स्व-परिभाषित सीडिंग ग्रोथ की आवश्यकता भी बनी।

दूसरी तकनीकी प्रगति बड़ी स्केल पर, लेयर-बाय-लेयर, सिंगल-डोमेन हेटेरोजंक्शन TMDs को प्रदर्शित करना थी। 

2D पदार्थों पर शोध वास्तव में निरंतर विस्तार कर रहा है, जहाँ वैज्ञानिक लगातार अधिक उन्नत भविष्य के लिए नई कार्यात्मकताओं को अनलॉक करने का प्रयास कर रहे हैं। 

सिर्फ कुछ हफ़्ते पहले, राइस विश्वविद्यालय के सामग्री वैज्ञानिकों ने ग्रैफ़ीन और सिलिका ग्लास, दो मौलिक रूप से अलग 2D पदार्थों को रासायनिक रूप से एकीकृत करके एक वास्तविक 2D हाइब्रिड बनाया, जिसे ग्लैफ़ेन कहा जाता है।

According to the study’s first author, Sathvik Ajay Iyengar:

“परतें केवल एक-दूसरे पर नहीं रहतीं ⎯ इलेक्ट्रॉनों की गति और नई अंतःक्रियाएँ तथा कंपन स्थितियों का निर्माण होता है, जिससे ऐसी विशेषताएँ उत्पन्न होती हैं जो कोई भी पदार्थ अकेले नहीं रखता।” 

इस अंतरमहाद्वीपीय प्रयास में, एक दो-चरणीय, एकल-प्रतिक्रिया विधि विकसित की गई ताकि ग्लैफ़ेन को उगाया जा सके, जिसमें कार्बन और सिलिकॉन दोनों वाले तरल रासायनिक प्रीकर्सर का उपयोग किया गया। हीटिंग के दौरान ऑक्सीजन स्तर को समायोजित करने से पहले ग्रैफ़ीन उगाने और फिर सिलिका लेयर के निर्माण के पक्ष में स्थितियों को बदलने की अनुमति मिली।

विशेष रूप से, यह विधि विभिन्न 2D पदार्थों पर लागू की जा सकती है, जिससे अगली पीढ़ी की इलेक्ट्रॉनिक्स और क्वांटम डिवाइसों के लिए कस्टम-निर्मित 2D पदार्थों का विकास संभव हो जाता है।

कोरिया के वैज्ञानिकों ने भी 2D सेमीकंडक्टिंग पदार्थों का उपयोग करके एक नया क्वांटम अवस्था खोजी है जो अधिक स्थिर क्वांटम कंप्यूटरों को शक्ति प्रदान कर सकती है। यह नई क्वांटम अवस्था 2D सेमीकंडक्टर चिप में भी उपयोग की जा सकती है ताकि क्वांटम सूचना को अधिक विश्वसनीय रूप से नियंत्रित किया जा सके।

छोटे पदार्थ कुछ समय से क्वांटम कंप्यूटिंग में बड़े प्रगति का नेतृत्व कर रहे हैं, और डाएगु ग्योंगबुक इंस्टीट्यूट ऑफ़ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (DGIST) के नवीनतम शोध ने डेटा स्टोरेज के लिए नए पुनः कॉन्फ़िगरेबल डिवाइसों के मार्ग खोल रहे हैं।

“हमने एक नई क्वांटम अवस्था खोजी है, जिसे एक्साइटॉन-फ़्लोरेट सिंथेसिस अवस्था कहा जाता है, और क्वांटम एंटैंगलमेंट और क्वांटम सूचना निष्कर्षण के लिए एक नया तंत्र प्रस्तावित किया है। यह दो-आयामी सेमीकंडक्टर्स में क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी शोध को आगे बढ़ाने की उम्मीद है।”

– DGIST के जेडॉन्ग ली

पिछले वर्ष, JMU वुर्ज़बर्ग और TU ड्रेस्डेन के वैज्ञानिकों ने 2D क्वांटम पदार्थों के लिए एक सुरक्षा कोटिंग विकसित की, जो पर्यावरणीय प्रभावों से उन्हें बचाती है बिना उनकी क्रांतिकारी विशेषताओं को नुकसान पहुँचाए।

वैज्ञानिकों ने पहले पाया था कि अत्यंत पतले क्वांटम सेमीकंडक्टर्स को उन्नत वैक्यूम उपकरण और एक विशिष्ट सब्सट्रेट सामग्री की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनिक घटकों में 2D पदार्थ का उपयोग करने का मतलब वैक्यूम वातावरण से हटना है, लेकिन हवा के साथ थोड़ी सी भी एक्सपोज़र ऑक्सीकरण का कारण बनती है और उसकी विशेषताओं को नष्ट कर देती है, “जिससे वह बेकार हो जाता है।”

इसलिए, टीम ने एक सुरक्षा कोटिंग का उपयोग करके संवेदनशील लेयर को पर्यावरणीय तत्वों से बचाने की विधि खोजी। दो वर्षों के बाद, उन्हें सफलता मिली। टीम ने इंडेनिन के सब्सट्रेट के रूप में सिलिकॉन कार्बाइड को गर्म करने के लिए उन्नत अल्ट्रा-हाई वैक्यूम टूल्स का प्रयोग किया।

टीम इसे अत्यंत संवेदनशील सेमीकंडक्टर एटॉमिक लेयरों से जुड़े अनुप्रयोगों के लिए मार्ग प्रशस्त करते हुए देखती है। टीम अब अधिक वैन डेर वाल्स पदार्थों की पहचान कर रही है जो सुरक्षा लेयर के रूप में काम करेंगे।

2D सेमीकंडक्टर तकनीक में निवेश

ट्रांज़िस्टर आयाम को घटाने की चुनौतियों को सक्रिय रूप से संबोधित करने के लिए, Applied Materials (AMAT ) 2D सेमीकंडक्टर्स के विकास और स्केलिंग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह वास्तव में उन कुछ कंपनियों में से एक है जो निर्माण उपकरण और प्रक्रिया रसायन विज्ञान के माध्यम से 2D सेमीकंडक्टर उत्पादन की औद्योगिक परिवर्तन को सक्षम करने के लिए स्थित है।

$137 बिलियन मार्केट कैप वाले Applied Materials के बाजार प्रदर्शन में भी एक मजबूत ऊपर की प्रवृत्ति दिखती है। 

Applied Materials (AMAT )

वर्तमान में, Applied Materials के शेयर $170.50 पर ट्रेड हो रहे हैं, YTD में 4.9% बढ़े हैं और पिछले गर्मियों में अपने ATH से केवल 33.6% नीचे हैं। इसका EPS (TTM) 8.21 है, और P/E (TTM) 20.78 है, जबकि प्रस्तावित डिविडेंड यील्ड 1.08% है।

कंपनी के वित्तीय मामलों के बारे में, Applied Materials ने $7.10 बिलियन की राजस्व की रिपोर्ट की, जो YoY में 7% की वृद्धि है, और यह दूसरी तिमाही 27 अप्रैल, 2025 को समाप्त हुई।

यह “मजबूत प्रदर्शन” “गतिशील आर्थिक और व्यापार वातावरण” के बावजूद दिया गया, ब्राइस हिल, सीनियर वाइस प्रेसिडेंट और CFO ने कहा। कंपनी ने ग्राहक मांग में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं बताया।

इसका GAAP ग्रॉस मार्जिन 49.1% था और इसका non-GAAP ग्रॉस मार्जिन 49.2% था, जबकि GAAP EPS 28% बढ़कर $2.63 हो गया और non-GAAP EPS 14% बढ़कर $2.39 हो गया। इस अवधि में, कंपनी ने संचालन से $1.57 बिलियन नकद उत्पन्न किया और $325 मिलियन डिविडेंड और $1.67 बिलियन शेयर पुनर्खरीद के माध्यम से शेयरधारकों को $2 बिलियन वितरित किए।

“Applied Materials की व्यापक क्षमताएँ और जुड़ा हुआ उत्पाद पोर्टफ़ोलियो 2025 में अत्यधिक गतिशील मैक्रो वातावरण के बीच मजबूत परिणाम ला रहा है।”

– CEO गैरी डिकर्सन

उन्होंने कहा कि उच्च-प्रदर्शन और ऊर्जा-कुशल AI कंप्यूटिंग सेमीकंडक्टर नवाचार का मुख्य चालक बनी हुई है।

Applied Materials (AMAT) स्टॉक समाचार और विकास

निष्कर्ष

विश्व का पहला कार्यशील CMOD कंप्यूटर पूरी तरह से एटॉमिक-पतले 2D पदार्थों से बनाकर, शोधकर्ताओं ने न केवल इलेक्ट्रॉनिक्स में सिलिकॉन के लंबे समय से चले आ रहे प्रभुत्व को चुनौती दी है, बल्कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को छोटा, तेज़ और बेहतर बनाने की मौजूदा समस्या का समाधान भी प्रस्तुत किया है।

टीम द्वारा निर्मित 2,000 से अधिक ट्रांज़िस्टर कंप्यूटर पर लॉजिक ऑपरेशन्स निष्पादित करने में सक्षम हैं, जिससे पारंपरिक सिलिकॉन की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।

हालांकि अभी शुरुआती चरण में है, यह प्रगति एक रोमांचक भविष्य की ओर संकेत करती है जहाँ उच्च-प्रदर्शन, अधिक ऊर्जा-कुशल, और पतले इलेक्ट्रॉनिक्स, जो केवल एक परमाणु मोटी पदार्थों से संचालित होते हैं, नई वास्तविकता बनेंगे।

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संदर्भित अध्ययन:

^{1. Ghosh, S.; Zheng, Y.; Rafiq, M.; et al. एक पूरक दो-आयामी पदार्थ-आधारित एक-निर्देश सेट कंप्यूटर। Nature 2025, 642 (12), 327–335. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08963-7}
2. Ao, M.; Zhou, X.; Kong, X.; et al. दो-आयामी सेमीकंडक्टर्स पर आधारित एक RISC-V 32-बिट माइक्रोप्रोसेसर। Nature 2025, 640 (17), 654–661. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08759-9
3. Li, J.; Yuan, Y.; Cao, W.; Deng, B.; Li, C.; Cheng, Z.; Wang, H.; Hu, W.; Xu, H. Q.; Wang, L. दो-आयामी सेमीकंडक्टर ट्रांज़िस्टर में प्रोग्रामेबल P-N जंक्शन। Nano Lett. 2025, 25 (12), 5049–5056. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00919
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5. Park, H.; Park, N.; Lee, J. एक्साइटॉन–फ़्लोरेट कॉम्पोज़िट्स की नई क्वांटम अवस्थाएँ: इलेक्ट्रॉन–होल एंटैंगलमेंट और सूचना। Nano Lett. 2024, 24 (42), 13192–13199. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03100