Электроника «мельчает» до наноуровня

В Японии с помощью фемтосекундного лазера были получены мезоскопические частицы золота. Ученые продемонстрировали, что интерференция лазерных лучей позволяет получать высокоупорядоченные структуры с заданными свойствами. Как правило, подобные золотые наночастицы получают химическими методами. Сотрудники Института лазерной инженерии университета Осаки (Япония) под руководством профессора Йошики Наката разработали новую методику получения наночастиц с помощью фемтосекундного лазера. Излучение фемтосекундного лазера – это ультракороткие импульсы. Обработка материалов с его помощью не является тепловой, и поэтому практически не вызывает температурных деформаций структур. Для получения мезоскопических золотых частиц ученые использовали импульсы продолжительностью в 140 фемтосекунд с длиной волны 785 нанометров (ближний инфракрасный диапазон). Луч, идущий от источника света, разделялся с помощью оптической дифракционной системы. Выходившие из нее лучи интерферировали между собой, усиливая тем самым мощность излучения. Это результирующее излучение применялось для обработки тонкой пленки из золота, нанесенной на кристалл сапфира. В работе были получены частицы золота размером от нескольких нанометров до сотен нанометров. Эти частицы могут поглощать свет в достаточно широком диапазоне, что делает их очень перспективными для исследования биологических объектов.
В связи с постоянным уменьшением размеров электроники все ощутимее становится необходимость глубокого понимания явлений наноуровня, потому что в этом диапазоне свойства некоторых материалов меняются. Как сообщает сайт physorg.com, группа исследователей под руководством Пола Уэйсса (Paul Weiss) разработала прибор для изучения наноразмерных взаимодействий. Устройство совмещает в себе возможности сканирующего туннельного и микроволнового частотного зонда, который может измерять взаимодействия между одиночными молекулами и поверхностью, к которой эти молекулы прикреплены. «Наш зонд может обрабатывать данные о физических, химических и электронных взаимодействиях между одиночными молекулами и основаниями, контактами, с которыми они соприкасаются. Как и в полупроводниковых устройствах, контакты здесь имеют очень большое значение», – отметил Пол Уэйсс, заслуженный профессор химии, биохимии, материаловедения и технических наук, а также руководитель Калифорнийского Института наносистем.
Американская компания «Prysm» представила совершенно новую технологию вывода высококачественных изображений на ТВ-экран. Революционная технология получила название Laser Phosphor Display (LPD, лазерный фосфорный дисплей). Она позволит снизить потребление техникой электроэнергии и снизить цены на телевизоры, а также станет следующим технологическим витком к достижению картинки, максимально приближенной к реальности. Технология LPD представляет собой экран, покрытый частичками фосфора, который похож на обычный экран электронно-лучевой трубки, в качестве электронного луча используется лазер. Во время облучения лазерными лучами разных цветов фосфор начинает светиться синим, зеленым и красным цветами. При этом LPD-экраны потребляют лишь 25% той энергии, что потребляют существующие экраны. Первым образцом продукции с использованием технологии LPD стал дисплей с диагональю 63 см. Впрочем, такие дисплеи можно делать самых разных размеров и форм. В «Prysm» уверены, что очень скоро их разработка заменит все устройства с большими экранами.
Успехи нанотехнологий, снижение рабочих температур, разработка более богатых источников энергии и менее дорогих материалов – всё это внушает оптимизм.
Электрохимические топливные ячейки уже давно рассматриваются в качестве потенциальной экологичной альтернативы ископаемым видам топлива; особенно это касается твердооксидных топливных элементов (solid-oxide fuel cells, SOFC), дающих совсем немного отходов, да и те – в виде воды. Последними препятствиями перед тем, как SOFC начнут заряжать ноутбуки, телефоны и электромобили, стали надежность, температура и стоимость. В топливных элементах происходит преобразование химической энергии (водорода или углеводородного топлива – например, метана) в электрический ток. Ионы кислорода путешествуют через электролит от катода к аноду, окисляя топливо и генерируя поток электронов на обратном пути.
На словах принцип кажется довольно простым, но SOFC до сих пор более уместны в лабораториях, чем в офисах или гаражах. Приблизить время выхода топливных элементов на рынок могут важнейшие достижения, о которых сообщила группа исследователей во главе со Шрирамом Раманатаном из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (США). Эта группа продемонстрировала метановые micro-SOFC, работающие при температуре менее 500 °C. Такое кардинальное снижение температуры – почти подвиг в этой области исследований. Традиционные SOFC функционируют при 800-1000 °C, но столь высокие температуры имеют практическое значение только для стационарной энергетики. Лишь в последние годы ученые приблизились к диапазону 300-500 °C. При более низких рабочих температурах надежность материала становится менее критичной; можно использовать сравнительно дешевую керамику и металлические соединения. Кроме того, сокращается время запуска. Особо стоит отметить использование метана – широко распространенного и дешевого газа, тогда как до сих пор делалась ставка на водород, для получения которого в чистом виде требуется приложить немало усилий и средств.
При помощи нанокристаллов целлюлозы химики из Канады создали стеклянные пленки, экономящие энергию за счет отражения световых волн определенной длины – ультрафиолета, видимого и инфракрасного света. Эти нанопористые пленки могут использоваться в светофильтрах, сенсорах, а также для молекулярной сепарации в фармацевтической промышленности. На молекулярном уровне пленки имеют спиральную структуру нанокристаллической целлюлозы – структурного элемента древесины. Маклачлан и аспирант Кевин Шопсовиц (Kevin Shopsowitz), постдокторант Хао Ки (Hao Qi) и Вадуд Хамад (Wadood Hamad) из компании «FPInnovations» сделали это открытие случайно, когда пытались создать водородное запасное вещество. Исследователи смешали древесную целлюлозу с кремнеземом (или стеклом), прекурсором (исходным компонентом) и подожгли этот состав. В результате получились стеклянные пленки с отверстиями, расположенными по спирали, напоминая винтовую лестницу. Диаметр каждого отверстия составляет меньше одной десятитысячной доли диаметра человеческого волоса. Поры в спирали обещают пленкам широкую сферу применений. Когда к пленке добавляют какие-либо растворы, они оседают в порах, меняя оптические свойства пленок.
Ученые из Университета Питтсбурга создали наноразмерный датчик света, который может объединяться с электронными схемами почти атомных размеров. Это позволит создать гибридные оптические и электронные устройства с новыми функциями. Об этой разработке, которая решает одну из самых сложных задач нанотехнологии, команда исследователей сообщила на страницах «Nature Photonics». Группа ученых во главе с профессором физики и астрономии Джереми Леви (Jeremy Levy), создала фотонные устройства размером менее четырех нанометров, что позволяет осуществлять фотонное взаимодействие с такими малыми объектами, как одиночные молекулы и квантовые точки. Фотонные устройства для генерации, управления или обнаружения световых волн могут найти широкое применение, например, при создании квантовых компьютеров.
Профессор Матиас Кляуи (Mathias Klaui) из Федерального политехнического института Лозанны (Швейцария) придумал замену жестким дискам, которая в 100 000 раз ускорит работу компьютеров, будет потреблять намного меньше энергии и вдобавок станет противоударной из-за отсутствия движущихся частей. Память, как и у жесткого диска, – магнитная. Этим система немного напоминает видеокассету, только у видеокассеты носитель пленка, а у новой системы – проволока. Но на этом сходство заканчивается. Проволока в новой «трековой» памяти (racetrack memory) в миллион раз уже видеопленки, так что это уже нанопроволока. Способ записи и считывания информации совершенно иной – он основан на принципах «спинтроники» (область квантовой электроники, которая, как утверждают, скоро потеснит обычную электронику). Обкатанная идея тут же нашла своих воплотителей – ученых из Цюрихского исследовательского центра IBM, которые сейчас занимаются разработкой трековой памяти. Они заявляют, что в один чип можно впихнуть миллионы или даже миллиарды таких проволочек, что обеспечит запоминающей платформе огромную емкость. По их мнению, уже через 5-7 лет трековая память сможет появиться на рынке. Похоже, это будет настоящим прорывом. Компьютеры, оснащенные трековой памятью, будут включаться мгновенно, доступ к информации ускорится в 100 000 раз. Существенно снизится и энергопотребление.

нанотехнологии,  микроэлектроника,  новые технологии,  наномаетриалы 

15.03.2011, 4388 просмотров.