芯片的下一个“根本性”的打破，便是找到新的材料。什么类型的材料有望成为干流？近来，达摩院发布的“2020十大科技趋势”猜想：新材料的全新物理机制，将完毕全新的逻辑、存储及互联概念和器件，推动半导体工业的改造。例如，拓扑绝缘体、二维超导材料等，可以完毕无损耗的电子输运和自旋输运，可以成为全新的高功用逻辑器件和互联器件的根底。知名华裔科学家就在2016年宣称：现已发现了新的拓扑绝缘体材料，而且该材料现已试验成功。假设这种新的拓扑绝缘体材料终究可以成功地运用到半导体和芯片工业中，将带来巨大的商机，也将造就一个新的硅谷时代。当然，现在拓扑绝缘体在芯片制作范畴的运用，还处于比较前期的研发阶段。已知的是可以解决电子芯片发热的问题，但未来这种材料该怎样用、能用在哪里，还有许多需求探究的当地。此外，拓扑绝缘体更多地被寄期望于运用在量子芯片上，但量子芯片与经典芯片是完全不同的两个范畴。另一种新材料——二维超导材料，是时下半导体工作谈论的热门话题。二维材料包含石墨烯、磷烯、硼烯等，这些材料更有期望成为干流材料。其间，石墨烯是杰出的一个。
之所以看好石墨烯，是因为它除了“二维”这个特色外，还有一个身份——碳纳米材料。早在2012年，IEEE（电气和电子工程师协会）就在《跨越摩尔》中写道，未来半导体工业可能从“硅时代”进入“碳时代”。碳纳米材料石墨烯可能在未来替代原本的硅基材料。碳纳米管是由石墨烯片卷成的无缝、中空的管体，导电功用极好，并且管壁很薄。因此，理论上在相同的集成度下，碳纳米管芯片能比硅芯片更小。此外，碳纳米管自身产热很少，加上有杰出的导热性，因此可以减少能耗。别的，从发掘本钱考量，碳的散布广泛，获取本钱并不高。更重要的是，石墨烯作为人类最早发现的二维材料，其运用现已在屏幕、电池、可穿戴设备上出现，石墨烯的研讨现已到了相对老到的阶段。因此，石墨烯为有望成为新的干流芯片材料，取代硅的位置。
