Hvad er nanoelektronik, og hvordan fungerer det

Det elektroniske felt, der beskæftiger sig med udvikling af teknologiske og fysiske fundamenter til konstruktion af integrerede elektroniske kredsløb med elementstørrelser mindre end 100 nanometer, kaldes nanoelektronik. Selve udtrykket "nanoelektronik" afspejler overgangen fra mikroelektronik til moderne halvledere, hvor størrelserne af elementer måles i enheder på mikrometer, til mindre elementer med størrelser på snesevis af nanometer.

Med overgangen til nanoskala begynder kvanteeffekter at dominere i ordningerne, hvilket afslører mange nye egenskaber og markerer følgelig udsigterne for deres nyttige brug. Og hvis kvanteeffekter ofte forbliver parasitiske for mikroelektronik, for for eksempel med faldet i størrelsen på transistoren, begynder tunneleffekten at forstyrre dens funktion, opfordres nanoelektronik tværtimod til at bruge sådanne effekter som grundlag for nanoheterostruktureret elektronik.

Hver af os bruger elektronik hver dag, og helt sikkert bemærker mange allerede nogle klare tendenser. Hukommelsen i computere øges, processorer bliver mere produktive, enhedens størrelse falder. Hvad er grunden til dette?

Først og fremmest med en ændring i de fysiske dimensioner af elementerne i mikrokredsløb, hvorfra alle elektroniske enheder i det væsentlige er bygget. Skønt processernes fysik forbliver omtrent den samme i dag, bliver enhedernes størrelser mindre og mindre. En stor halvlederenhed fungerer langsommere og bruger mere energi og en nanotransistor - og fungerer hurtigere og bruger mindre energi.

Moderne nanoteknologi på video:

Det vides, at alle materielle kropper er sammensat af atomer. Og hvorfor når elektronik ikke atomskalaen? Dette nye elektroniske felt giver mulighed for at løse sådanne problemer, som på en konventionel siliciumbase bare grundlæggende umuligt at løse.

Af stor interesse er grafen og lignende monolagsmaterialer (se artikel - Uventede egenskaber ved kendt kulstof). Sådanne materialer, som er et tykt atom, har bemærkelsesværdige egenskaber, der kan kombineres til at skabe forskellige elektroniske kredsløb.

F.eks. Gør teknologier relateret til probemikroskopi det muligt at konstruere forskellige strukturer af individuelle atomer på overfladen af ​​en leder i ultrahøjt vakuum ved blot at omarrangere dem. Hvad er ikke grundlaget for at oprette monatomiske elektroniske enheder?

Manipulationer af stof på molekylært niveau har allerede påvirket mange industrier, de har ikke omgået elektronik. Mikroprocessorer og integrerede kredsløb er bygget på den måde. Ledende lande investerer i den videre udvikling af denne teknologiske vej - så overgangen til nanoskala finder sted hurtigere, bredere og forbedres yderligere.

Forresten er der allerede opnået nogle succeser. Intel i 2007 annoncerede, at en processor baseret på et strukturelement med en størrelse på 45 nm blev udviklet (introduceret af VIA Nano), og det næste skridt ville være at nå 5 nm. IBM vil nå 9 nm takket være grafen.

Carbon nanorør (grafen) - Et af de mest lovende nanomaterialer til elektronik. De tillader ikke kun at reducere størrelsen på transistorer, men også give elektronikken virkelig revolutionerende egenskaber, både mekaniske og optiske. Nanorør fælder ikke lys, er mobile, bevarer de elektroniske egenskaber ved kredsløb.

Især kreative optimister ser allerede frem til at oprette bærbare computere, der kan trækkes ud af en lomme som en avis eller bæres i form af et armbånd på ens hånd, og hvis det ønskes, kan de udvides som en avis, og hele computeren vil være som en sammenklappelig skærmpapirtykkelse i høj opløsning.

Et andet udsigt til anvendelse af nanoteknologi og brugen af ​​nanomaterialer er udvikling og oprettelse af næste generations harddiske.I 2007 modtog Albert Firth og Peter Grunberg Nobelprisen for opdagelsen af ​​den kvantemekaniske virkning af ultrahøj magnetisk modstand (GMR-effekt), når tynde film af metal fra skiftende ledende og ferromagnetiske lag markant ændrer deres magnetiske modstand med en ændring i den gensidige retning af magnetisering.

Ved at styre magnetiseringen af ​​strukturen ved hjælp af et eksternt magnetfelt er det muligt at skabe så nøjagtige magnetfeltfølerer og udføre en så nøjagtig registrering på informationsbæreren, at dens lagertæthed vil nå det atomære niveau.

Nanoelektronik og plasmatronik er ikke omgået. Kollektive vibrationer af frie elektroner inde i et metal har en karakteristisk plasmonresonansbølgelængde på ca. 400 nm (for en sølvpartikel, der er 50 nm i størrelse). Udviklingen af ​​nanoplasmonika kan anses for at være begyndt i 2000, hvor fremskridt med forbedring af teknologien til at skabe nanopartikler accelererede.

Det viste sig, at den elektromagnetiske bølge kan transmitteres langs en kæde af metal-nanopartikler, spændende plasmon-svingninger. En sådan teknologi vil gøre det muligt at introducere logiske kredsløb i computerteknologi, der kan arbejde meget hurtigere og videregive mere information end traditionelle optiske systemer, og størrelsen på systemerne vil være meget mindre end de accepterede optiske.

Ledere inden for nanoelektronik og elektronik generelt er i dag Taiwan, Sydkorea, Singapore, Kina, Tyskland, England og Frankrig.

Den mest moderne elektronik fremstilles i USA i dag, og den mest massive producent af højteknologisk elektronik er Taiwan takket være investeringer fra japanske og amerikanske virksomheder.

Kina er en traditionel leder inden for budgetelektronik, men her ændrer situationen sig gradvist: billig arbejdskraft tiltrækker investorer fra højteknologiske virksomheder, der planlægger at etablere deres nanoproduktion i Kina.

Rusland har også et godt potentiale. Basen inden for mikrobølgeovn, udsendende strukturer, fotodetektorer, solpaneler og kraftelektronik muliggør i princippet oprettelse af nanoteknologiske videnskabsbyer og deres udvikling.

Dette potentiale kræver økonomiske forhold og organisering for grundlæggende forskning og videnskabelig udvikling. Alt andet er: den teknologiske base, lovende personale og et kvalificeret videnskabeligt miljø. Kun store investeringer er nødvendige, og dette viser sig ofte at være akilleshælen ...

Et eksempel på anvendelsen af ​​nanoteknologi:Nanoantennas til modtagelse af solenergi