Ett typiskt datorchip innehåller miljontals transistorer anslutna till ett omfattande nätverk av koppartrådar. Även om chiptrådar är ofattbart korta och tunna jämfört med hushållstrådar har båda en sak gemensamt:i varje fall är kopparen inlindad i ett skyddande hölje.

Under åratal har ett material som kallas tantalnitrid bildat ett skyddande lager i spåntrådar.

Nu visar Stanford-ledda experiment att ett annat mantelmaterial, grafen, kan hjälpa elektroner att snabbare rycka igenom små koppartrådar i chips.

Grafen är ett enda lager kolatomer arrangerade i ett starkt men tunt gitter. Stanford elingenjör H.-S. Philip Wong säger denna blygsamma fix, med grafen för att linda trådar, kan tillåta transistorer att utbyta data snabbare än vad som för närvarande är möjligt. Och fördelarna med att använda grafen skulle bli större i framtiden när transistorer fortsätter att krympa.

"Forskare har gjort enorma framsteg på alla andra komponenter i chips men nyligen, det har inte gjorts stora framsteg när det gäller att förbättra trådarnas prestanda, " han sa.

Wong ledde ett team på sex forskare, inklusive två från University of Wisconsin-Madison, som kommer att presentera sina resultat vid Symposia of VLSI Technology and Circuits i Kyoto, en ledande plats för elektronikindustrin.

Ling Li, en doktorand i elektroteknik vid Stanford och första författare till forskningsrapporten, förklarade varför byte av yttre omslag på anslutningstrådar kan ha så stor inverkan på chipprestanda.

Det börjar med att förstå den dubbla rollen för detta skyddande lager:det isolerar koppar från kisel på chipet och tjänar också till att leda elektricitet.

På kiselchips, transistorerna fungerar som små portar för att slå på eller stänga av elektroner. Den växlingsfunktionen är hur transistorer behandlar data.

Koppartrådarna mellan transistorerna transporterar dessa data när de har bearbetats.

Det isolerande materialet-för närvarande tantalnitrid-hindrar kopparen från att migrera in i kiseltransistorerna och gör dem icke-funktionella.

Varför byta till grafen?

Två skäl, börjar med den oupphörliga önskan att fortsätta göra elektroniska komponenter mindre.

När Stanford -teamet använde det tunnaste möjliga lagret av tantalnitrid som behövs för att utföra denna isolerande funktion, de fann att industristandarden var åtta gånger tjockare än grafenlagret som gjorde samma arbete.

Graphene hade en andra fördel som en skyddande mantel och här är det viktigt att skilja på hur detta yttre skikt fungerar i chiptrådar kontra en hushållstråd.

I hustråd isolerar det yttre lagret koppar för att förhindra elstötar eller bränder.

I ett chip är skiktet runt trådarna en barriär för att förhindra att kopparatomer infiltrerar kislet. Om det skulle hända skulle transistorerna sluta fungera. Så det skyddande lagret isolerar koppar från kisel

Stanford -experimentet visade att grafen kunde utföra denna isolerande roll samtidigt som den fungerade som hjälpledare för elektroner. Dess gitterstruktur gör att elektroner kan hoppa från kolatom till kolatom rakt ner i tråden, samtidigt som de effektivt innehåller kopparatomerna i koppartråden.

Dessa fördelar - tunnheten hos grafenskiktet och dess dubbla roll som isolator och hjälpledare - gör att denna nya trådteknologi kan bära mer data mellan transistorer, påskynda övergripande chipprestanda i processen.

I dagens marker är fördelarna blygsamma; en grafenisolator skulle öka trådhastigheterna från fyra procent till 17 procent, beroende på trådens längd.

Men när transistorer och ledningar fortsätter att krympa i storlek, fördelarna med den ultratunna men ändå ledande grafenisolatorn blir större. Stanford -ingenjörerna uppskattar att deras teknik kan öka trådhastigheterna med 30 procent under de kommande två generationerna

Stanford -forskarna tror att löftet om snabbare datorer kommer att få andra forskare att bli intresserade av trådar, och hjälpa till att övervinna några av de hinder som behövs för att ta detta principprincip till vanlig praxis.

Detta skulle inkludera tekniker för att odla grafen, särskilt att odla den direkt på trådar medan chips massproduceras. Förutom hans University of Wisconsin -medarbetare professor Michael Arnold, Wong citerade Purdue University professor Zhihong Chen. Wong noterade att tanken på att använda grafen som isolator inspirerades av professor Paul McEuen vid Cornell University och hans banbrytande forskning om de grundläggande egenskaperna hos detta underbara material. Alexander Balandin från University of California-Riverside har också bidragit till att använda grafen i chips.

"Graphene har lovats att gynna elektronikindustrin under lång tid, och att använda det som en kopparbarriär är kanske det första förverkligandet av detta löfte, "Sa Wong.