Ano ang nanoelectronics at paano ito gumagana

Ang larangan ng electronics na nakatuon sa pagbuo ng teknolohikal at pisikal na mga pundasyon para sa pagtatayo ng mga integrated electronic circuit na may mga sukat ng elemento na mas mababa sa 100 nanometer ay tinatawag na nanoelectronics. Ang salitang "nanoelectronics" mismo ay sumasalamin sa paglipat mula sa microelectronics ng mga modernong semiconductors, kung saan ang mga sukat ng mga elemento ay sinusukat sa mga yunit ng micrometer, sa mas maliit na elemento - na may mga sukat ng sampu-sampung mga nanometer.

Sa paglipat sa nanoscale, ang mga epekto ng kabuuan ay nagsisimula na mangibabaw sa mga scheme, nagbubunyag ng maraming mga bagong pag-aari, at, nang naaayon, na minarkahan ang mga prospect para sa kanilang kapaki-pakinabang na paggamit. At kung para sa mga epekto ng dami ng microelectronics na madalas na nanatiling parasitiko, dahil halimbawa, na may pagbaba sa laki ng transistor, ang epekto ng tunel ay nagsisimula upang makagambala sa operasyon nito, pagkatapos ay ang nanoelectronics, sa kabilang banda, ay tinawag na gamitin ang mga naturang epekto bilang batayan para sa nanoheterostructured electronics.

Ang bawat isa sa atin ay gumagamit ng electronics araw-araw, at sigurado na maraming mga tao ang napansin ang ilang tiyak na mga uso. Ang memorya sa mga computer ay tumataas, ang mga processors ay nagiging mas produktibo, ang laki ng mga aparato ay bumababa. Ano ang dahilan nito?

Una sa lahat, na may pagbabago sa pisikal na sukat ng mga elemento ng microcircuits, kung saan ang lahat ng mga elektronikong aparato ay mahalagang itinayo. Bagaman ang pisika ng mga proseso ay nananatiling halos pareho ngayon, ang mga sukat ng mga aparato ay nagiging mas maliit at mas maliit. Ang isang malaking aparato ng semiconductor ay nagpapatakbo nang mas mabagal at gumugol ng mas maraming enerhiya, at isang nanotransistor - at gumagana nang mas mabilis, at gumugol ng mas kaunting enerhiya.

Mga modernong nanotechnology sa video:

Ito ay kilala na ang lahat ng mga materyal na katawan ay binubuo ng mga atomo. At bakit hindi naabot ng mga electronics ang scale ng atom? Ang bagong larangan ng electronics ay magbibigay-daan upang malutas ang mga naturang problema sa isang maginoo base na silikon imposible lamang na malutas.

Sa sobrang interes ay graphene at mga katulad na materyales na monolayer (tingnan ang artikulo - Mga hindi inaasahang katangian ng pamilyar na carbon) Ang ganitong mga materyales, isang makapal na atom, ay may mga kapansin-pansin na mga katangian na maaaring pagsamahin upang lumikha ng iba't ibang mga electronic circuit.

Halimbawa, ang mga teknolohiyang nauugnay sa pagsisiyasat ng mikroskopya ay posible na bumuo ng iba't ibang mga istraktura ng mga indibidwal na mga atom sa ibabaw ng isang conductor sa ultrahigh vacuum sa pamamagitan lamang ng pag-aayos ng mga ito. Ano ang hindi batayan para sa paglikha ng monatomic electronic na aparato?

Ang mga manipulasyon ng bagay sa antas ng molekular ay nakakaapekto sa maraming mga industriya, hindi nila napalampas ang mga electronics. Ang mga microprocessors at integrated circuit ay binuo sa ganoong paraan. Ang mga nangungunang bansa ay namumuhunan sa karagdagang pag-unlad ng teknolohiyang landas na ito - upang ang paglipat sa nanoscale ay maganap nang mas mabilis, mas malawak, at mapabuti pa.

Sa pamamagitan ng paraan, ang ilang mga tagumpay ay nakamit na. Inihayag ng Intel noong 2007 na ang isang processor batay sa isang elemento ng istruktura na may sukat na 45 nm ay binuo (ipinakilala ni VIA Nano) at ang susunod na hakbang ay maabot ang 5 nm. Ang IBM ay makamit ang 9 nm salamat sa graphene.

Mga carbon nanotubes (graphene) - Isa sa mga pinaka-promising na nanomaterial para sa electronics. Pinapayagan nila hindi lamang bawasan ang laki ng mga transistor, kundi pati na rin upang bigyan ang mga elektronikong tunay na rebolusyonaryong katangian, kapwa mekanikal at optical. Ang mga nanotubes ay hindi gumaan ng ilaw, ay mobile, mapanatili ang mga elektronikong katangian ng mga circuit.

Lalo na inaasahan ng mga malikhaing optimista ang paglikha ng mga portable na computer na maaaring bunutin mula sa isang bulsa tulad ng isang pahayagan, o isinusuot sa anyo ng isang pulseras sa isang kamay, at, kung ninanais, maaaring ma-deploy tulad ng isang pahayagan, at ang buong computer ay magiging tulad ng isang natitiklop na high-resolution na touch screen na papel ng lapad.

Ang isa pang prospect para sa aplikasyon ng nanotechnology at ang paggamit ng nanomaterial ay ang pag-unlad at paglikha ng mga susunod na henerasyon na hard drive.Noong 2007, natanggap nina Albert Firth at Peter Grunberg ang Nobel Prize para sa pagtuklas ng quantum mechanical effects ng ultrahigh magnetic resist (GMR effect), kapag ang mga manipis na pelikula ng metal mula sa alternating conductive at ferromagnetic layer ay makabuluhang nagbabago sa kanilang magnetic resistensya na may pagbabago sa direksyon ng kabaligtaran ng magnetization.

Sa pamamagitan ng pagkontrol sa magnetization ng istraktura sa tulong ng isang panlabas na magnetic field, posible na lumikha ng napakatumpak na sensor ng magnetic field at magsagawa ng naturang tumpak na pag-record sa carrier ng impormasyon na ang density ng imbakan nito ay maabot ang antas ng atomic.

Ang Nanoelectronics at plasmatronics ay hindi lumampas. Ang mga kolektibong vibration ng mga libreng elektron sa loob ng isang metal ay may katangian na haba ng resonans na plasmon na humigit-kumulang na 400 nm (para sa isang pilak na butil na 50 nm ang laki). Ang pag-unlad ng nanoplasmonics, maaari nating ipalagay, nagsimula noong 2000, kapag ang pag-unlad sa pagpapabuti ng teknolohiya ng paglikha ng nanoparticle ay pinabilis.

Ito ay posible na magpadala ng isang electromagnetic wave kasama ang isang chain ng metal nanoparticle, kapana-panabik na mga oscillation ng plasmon. Ang ganitong teknolohiya ay gagawing posible upang ipakilala ang mga logic circuit sa teknolohiya ng computer na maaaring gumana nang mas mabilis at makapasa ng mas maraming impormasyon kaysa sa mga tradisyunal na optical system, at ang laki ng mga system ay magiging mas maliit kaysa sa tinanggap na mga optical.

Ang mga namumuno sa larangan ng nanoelectronics, at electronics sa pangkalahatan, ngayon ay ang Taiwan, South Korea, Singapore, China, Germany, England at France.

Ang pinaka-modernong elektronika ay ginawa sa USA ngayon, at ang pinakatitinding tagagawa ng high-tech electronics ay ang Taiwan, salamat sa mga pamumuhunan ng mga kumpanya ng Hapon at Amerikano.

Ang Tsina ay isang tradisyunal na pinuno sa larangan ng mga elektronikong badyet, ngunit narito ang sitwasyon ay unti-unting nagbabago: ang murang paggawa ay umaakit sa mga namumuhunan mula sa mga high-tech na kumpanya na nagbabalak na maitaguyod ang kanilang nanoproduction sa China.

Ang Russia ay mayroon ding magagandang potensyal. Ang base sa larangan ng microwave, mga istraktura ng radiation, photodetectors, solar panel at power electronics ay nagbibigay-daan, sa prinsipyo, ang paglikha ng mga lungsod na agham ng science at ang kanilang pag-unlad.

Ang potensyal na ito ay nangangailangan ng mga kundisyon at organisasyon sa pang-ekonomiya para sa pangunahing pananaliksik at pag-unlad ng agham. Lahat ng iba pa: ang pang-teknolohikal na batayan, promising personnel at isang kwalipikadong kapaligiran sa pang-agham. Tanging ang malalaking pamumuhunan ang kinakailangan, at madalas itong lumiliko na ang sakong Achilles ...

Isang halimbawa ng aplikasyon ng nanotechnology:Nanoantennas para sa pagtanggap ng solar energy