Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Нано и дзен

Нано и дзен
Первое приложение сил и умов к теме планарных нанотехнологий случилось 16-18 лет назад. Сейчас можно взглянуть на эти идеи с с точки зрения нынешних достижений.


В 1977 году американcким студентом (в настоящее время - профессором) Дрекслером было предложено слово "нанотехнология" для гипотетической сборки полезных объектов из молекулярных цепочек. Их характерным размером должна была стать одна миллиардная доля метра - нанометр. А уже в 1990 году за рубежом вышел первый номер толстого журнала "Нанотехнология".

Такой переход от утопии к практике произошел, благодаря изобретению в восьмидесятых годах сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), о котором сейчас говорят сравнительно мало. Его рабочий орган - металлическая игла, сканирующая поверхность с точностью нескольких ангстрем. К игле приложено напряжение, и когда она приближается на расстояние этих нескольких ангстрем, электроны начинают туннелировать через зазор. Таким образом, острота "зрения" такого микроскопа определяется не только остротой иглы, но и большой чувствительностью туннелирования к ширине зазора. Обратная связь удерживает иглу на высоте, обеспечивающей постоянство тока. Компьютер преобразует движение кончика иглы в цветную карту поверхности, на которой видны атомы, нарисованные на экране дисплея.

Увиденная в первый раз подобная картина может вдохновлять и удивлять, как изображение человека, похожего на Христа, полученное на экране дисплея при анализе сканирования поверхности туринской плащаницы. Но в дальнейшем эти картинки, как правило, лишь рабочее средство контроля.

В древнеиндийском учебнике любви "Кама-сутре" написано: "Настолько лишь простирается действие наук, насколько слабо чувство в людях. Когда же начинает вращаться колесо наслаждения, то нет уже ни науки, ни порядка". Перефразируя древний трактат, можно сказать: настолько простирается действие наук, насколько слаба чувствительность ее приборов, а где нет возможности опыта, недостаточно и науки и порядка.

Хотя теоретиками последние пятьдесят лет разрабатывались приборы, основанные на квантовых эффектах, перспективный для этого инструмент - СТМ - зарубежная наука получила только в 1982, а отечественная - в 1986 году.

В то время микроэлектроника оправдала свое название, споткнувшись на минимальной ширине структуры в один микрон (В 90-е годы Intel и Samsung перешли к субмикронной полупроводниковой технологии, но пока не удалось выраваться даже на рубеж 0,1 мкм). А в конце восьмидесятых был представлен резонансно-туннельный диод - прибор огромного быстродействия, созданный традиционными методами микроэлектроники, но уже квантовый, работающий за счет особой формы энергетических зон. Он представляет собой структуру с вертикальным переносом носителей тока и характеризуется значительными размерами в плоскости и очень малой толщиной слоев (сотни ангстрем). В принципе, являясь примером квантово-туннельного прибора, такие приборы не решают проблемы повышения интеграции интегральных схем.

Не знаю, кто придумал слово "наноэлектроника", но во второй половине восьмидесятых имелись, как этот термин, так и исполнимые теоретические модели приборов. И когда перспектива создания электронных устройств нового поколения (сверхбыстрых и сверхминиатюрных) стала реальной, очередная конференция по нанотехнологии, состоявшаяся в США летом 1990 года, приняла по этому поводу специальное обращение. Оно сразу было переведено на русский язык, но до сих пор не опубликовано, и существует лишь в самиздате, как в прежние годы какой-нибудь манифест диссидентов-правозащитников. Суть этого обращения в том, что на основе нанотехнологии появилась возможность создать "думающее" оружие. Поэтому ученые призывали снять существовавшую завесу секретности с любых работ в этой области.

Я не склонен предполагать, что действительно происходит свободный обмен информации в этой сфере. Но сам не намерен делать тайны из того, как должно, по-видимому, происходить развитие отечественной наноэлектроники, удовлетворяющей требованиям максимальной универсальности и доступности.

Основой структур станут сверхтонкие пленки толщиной десятки нанометров, полученные на серийном оборудовании. Основным инструментом локального воздействия с нанометровым разрешением станет СТМ, малопроизводительный и выполняющий небольшое число операций, ибо его игла движется немногим быстрее чем скользит по бумаге перо борзописца. А основная часть схемы выполняется методами микроэлектроники. Это удобно с точки зрения согласования в одном сложном устройстве приборов, работающих на квантоворазмерных принципах и на обычных p-n переходах. Как слишком сложная для производства, останется в стороне от этого магистрального пути эффектная поатомная сборка.

Главной целью должно стать создание элементной базы сверхбыстродействующих радиоэлектронных средств, а не деформационные нанометровые образования, перспективные лишь в области постоянных запоминающих устройств. То есть в первую очередь нужно создать плоский резонансно-туннельный диод. Королевский гамбургер из семи расположенных друг над другом слоев надо превратить в сэндвич из маленьких клеточек на изолирующей подложке.

Один из вариантов его технологии может быть таким: на подложке обычными методами из аморфного кремния формируются структуры в виде узкого "мостика". С помощью СТМ, выделяющего газ из иглы, гравируются две канавки шириной и расстоянием между ними в несколько нанометров, которые заполняются материалами, подходящими для создания барьеров. Основное "ноу-хау" такой технологии - программное обеспечение. Кроме обработки изображений, управляющий пакет предусматривает обеспечение следующих режимов в диапазоне от 1 мкм до атомного: просмотр профиля структур, проведение локальных химических реакций и опознание атома, находящегося под иглой.

Закончить мне хочется цитатой из Джина Хьюстона: "Миниатюризация оказывает важное воздействие на личность и культуру, ведь если машины малы и не портят окружающий пейзаж, то можно вновь прислушаться к словам ветра и читать великий замысел Единосущего, запечатленный в коре деревьев, ощутить ритмы, пробуждающиеся в кончиках собственных пальцев...". Остается слабая надежда, что миниатюризация даст возможность человеку перейти от потребительских ценностей к творческим.


Вместо послесловия

 Мое изложение не обнаруживает достаточных публичных подтверждений. Если судить по новостям, которые просачиваются в научно-популярную прессу, то все достижения в этой области связаны либо с молекулярной наноэлектроникой, либо с созданием электронных устройств на базе углеродных нанотрубок. Последние - тоже полимерные системы, однако я выделяю эти своеобразные цилиндрические молекулы (диаметром от половины нанометра и длиной до нескольких микрометров) в отдельное направление, потому что уже в новом веке ученым из IBM удалось найти способ точного позиционирования транзисторов на нанотрубках. А это открывает дорогу промышленному производству интегральных схем наноэлектроники (причем планарная технология, описанная в моей заметке, превращается отчасти в объемную). Успешное использование нанотрубок означает достижение теоретической плотности записи информации порядка одного бита на молекулу. И это хорошо. Но нигде при этом не упоминается СТМ как один из инструментов создания транзисторов или их контроля. Что странно. Однако я думаю, что в IBM, где тот был изобретен, о нем не забыли, как в другой компании, двигающей технической прогресс - Xerox. Просто полагаю, что наши переводчики технических новостей, употребляющие, к примеру, неуместное для русской речи выражение "микрочипы" вместо "микросхем", тем более не знают, как переводить слово "STM", обходя его молчанием во избежание ляпов.

Обнадеживает, что корпорация Intel объявила о том, что к 2012 году полупроводниковая индустрия будет использовать 10-нанометровый техпроцесс для производства микросхем. Переход на новую топологию, утверждают в компании, опровергнет известный закон Гордона Мура, который говорит о том, что число транзисторов в микросхеме удваивается каждые два года. Но что это означает, скорее всего именно элементы нанотехнологий над подложке обычной микросхемы их эры микроэлектроники. То о чем мечтатлось в 1991-1992 году (а эта идея возникла и обсуждалась в Москве именно тогда) возможно осуществляется.


Туннельный микроскоп и дзен

В бумажном издании предлагаемый ниже текст мог быть опубликован в виде авторской врезки к статье. А здесь публикуется в качестве технически-буддистского приложения для заинтересованных лиц.

Как известно, программирование требует рационального плана: операторы и функции нельзя располагать в живописном беспорядке. А всякая симметрия для любимого мной дзен-буддизма неестественна и мертва. Но его термины позволяют дать краткие и точные определения программным модулям.

В режиме анализа химического состава технологический СТМ извлекает информацию о химическом составе системы игла-среда-подложка, сравнивая ее измеренную и рассчитанную по принятой на входе модели вольт-амперные характеристик, т.е. работая как СТМ-спектрометр.

Программа СТМ-спектроскопии имеет на входе квантовомеханическую модель электронных свойств системы игла-среда-подложка для данного материала. Содержащий ее файл данных можно назвать принятым в китайской философии термином "ли"- "то-что-делает-вещь-тем-что-она-есть". Эта модель свойств системы берется в виде совокупности следующих основных допущений: число, вид и положение атомов плюс зависимость потенциальной энергии электронов от положения в игле, среде и подложке. Однако помните хрестоматийный спор средневековых схоластов о том, сколько ангелов уместится на острие иглы? Так вот также схоластичен спор о том, сколько атомов уместится на острие иглы туннельного микроскопа. В литературе описан лишь один случай работы с иглой известной геометрии. Это вносит неопределенность в файл данных. И поскольку она не единственная, программу, пытающуюся уловить различия между кирпичиками мирозданья, можно назвать "майя", ибо буддизм акцентирует идею единого, а видимые различия считает иллюзорными - майей.

------------

Если вам нужен высокоскоростной интернет вдали от дома, рекомендуем вам приобрести usb модем. Узнать больше о 4G LTE роутерах и модемах можно на сайте usb-modem.com.ua. Здесь представлен широкий ассортимент по доступным ценам.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
1
Исследование исключает первичные черные дыры как кандидатов в темную материю

Исследование исключает первичные черные дыры как кандидатов в темную материю

Первичные черные дыры — удивительные космические тела, которые активно исследуются астрофизиками всего мира. Исходя из названия, это черные дыры, которые появились на заре существования Вселенной, менее чем через секунду после Большого взрыва.

Теоретическая физика предполагает, что за долю секунды до образования Вселенной пространство не было полностью однородным, поэтому более плотные и горячие области могли коллапсировать в черные дыры. В зависимости от того, когда именно они образовались в течение этой доли секунды, эти первичные черные дыры могли быть очень разной массы и связанными с ней характеристиками.Некоторые физики-теоретики ...
02.12.22 09:01
0
0
Исследование Йельского университета раскрывает потенциальную причину болезни Альцгеймера

Исследование Йельского университета раскрывает потенциальную причину болезни Альцгеймера

Ученые из Йельского университета обнаружили упускаемый из виду механизм, который может стоять за симптомами болезни Альцгеймера. Команда указала на небольшие опухоли на аксонах возле бляшек, которые накапливаются в мозгу, и определила белок, который может быть биомаркером для раннего выявления заболевания, а также мишенью для будущих методов лечения.

В течение десятилетий преобладающая гипотеза о причине появления болезни Альцгеймера, вращалась вокруг амилоидных бляшек — запутанных скоплений белка бета-амилоида. Их накопление в мозгу пациентов с деменцией постоянно наблюдается с тех пор, как Алоис Альцгеймер впервые изучил ее более века назад. И ученые сосредоточили бы большую часть исследований на уменьшении и удалении этих бляшек, но, к сож...
01.12.22 10:16
0
-1
Астрономы запечатлели планету размером с Юпитер, вращающуюся вокруг солнцеподобной звезды

Астрономы запечатлели планету размером с Юпитер, вращающуюся вокруг солнцеподобной звезды

Согласно наиболее распространенной теории, планетные системы формируются из больших облаков пыли и газа, образующих диски вокруг молодых звезд. Со временем диски срастаются, образуя планеты разного размера, состава и расстояния от своей звезды.

За последние несколько десятилетий наблюдения в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне привели к открытию дисков обломков вокруг молодых звезд (возрастом менее 100 миллионов лет). Это позволило астрономам изучить планетарные системы в их ранней истории, что дало новое представление о том, как системы формируются и развиваются. Это включает в себя инфракрасный сферический обзор для консорциума э...
30.11.22 20:17
0
0
Дания меняет направление нефтяной вышки для хранения углерода

Дания меняет направление нефтяной вышки для хранения углерода

Дания продвигается вперед с проектом Greensands - инициативой, которая позволит перекачивать огромное количество уловленного углерода на нефтяную вышку в Северном море и закачивать его, чтобы изолировать в формациях песчаника, которые когда-то содержали нефть и газ.

После получения в декабре прошлого года крупнейшего разового гранта в истории Дании (около 26 миллионов евро (27 миллионов долларов США) руководитель проекта Ineos Energy привлек британскую инженерно-консалтинговую компанию Kent для «проведения скрининговых исследований, охватывающих цепочку создания стоимости CCS от береговых участков улавливания, сжижения, берегового хранения, транспортировки и ...
29.11.22 20:01
0
-1
«Химические нейроны» находят и обрабатывают данные, хранящиеся в ДНК

«Химические нейроны» находят и обрабатывают данные, хранящиеся в ДНК

Ученые экспериментировали со способами использования ДНК в качестве носителя данных, но трудно извлекать записанные на нее данные и манипулировать ими. Теперь команда разработала «химические нейроны», которые могут проводить вычисления с данными, хранящимися в ДНК, и легко считывать ответы.

Современные системы хранения данных могут впечатлять, но, как и во многих других случаях, природа сделала это намного эффективнее, чем все, чего мы достигли. Один грамм ДНК может хранить до 215 миллионов ГБ данных, что теоретически означает, что содержимое всего Интернета может храниться в чем-то размером с обувную коробку. Более того, при правильных условиях ДНК может существовать тысячи или даже...
28.11.22 07:46
0
1
Шелк шелкопряда, подвергнутый химической ванне, на 70% прочнее паучьей паутины

Шелк шелкопряда, подвергнутый химической ванне, на 70% прочнее паучьей паутины

Как один из самых прочных материалов, известных науке, паутина регулярно оказывается в центре захватывающих инженерных прорывов, и новое исследование, включающее быструю химическую ванну, может вывести это исследование на новый уровень.

Ученые разработали новый метод обработки шелка тутового шелкопряда, который меняет его состав и повышает производительность, при этом конечный продукт обладает на 70% большей прочностью, чем паучья паутина.Ученые работают над воспроизведением невероятных свойств паучьего шелка интересными способами. Разведение пауков для производства материала в больших количествах — одна из возможностей, но их те...
09.10.22 11:47
0
1
Нобелевская премия по физике присуждена исследователям квантовой запутанности

Нобелевская премия по физике присуждена исследователям квантовой запутанности

Нобелевская премия по физике 2022 года была присуждена трем ученым за их работу в области новаторской квантовой информатики. Ален Аспе, Джон Ф. Клаузер и Антон Цайлингер провели одни из первых экспериментов с запутанными фотонами, открыв будущее для коммерческих квантовых компьютеров.

Жуткий мир квантовой физики предсказывает несколько неожиданных странностей, включая квантовую запутанность. Это состояние позволяет двум частицам настолько переплестись друг с другом, что изменения, внесенные в одну, мгновенно повлияют на другую, независимо от того, насколько далеко они друг от друга. Эта идея обеспокоила даже Эйнштейна, который утверждал, что квантовая физика является «неполной...
05.10.22 07:18
0
0
Самой белой краской в мире теперь может покрывать автомобили и самолеты

Самой белой краской в мире теперь может покрывать автомобили и самолеты

В прошлом году инженеры из Университета Пердью использовали свой опыт в области материаловедения для производства самой белой в мире краски, способной отражать около 98% падающего солнечного света и, следовательно, обладающей большим потенциалом, когда речь идет об энергоэффективности зданий.

Команда внесла некоторые изменения в рецепт и выпустила более тонкую и легкую версию, которая, по их словам, идеально подходит для использования в автомобилях, поездах и самолетах. Первоначальная версия ультрабелой краски обязана своей исключительной способностью отражать солнечный свет включению сульфата бария - химического соединения, используемого в фотобумаге и косметике. Он был добавлен в см...
05.10.22 07:02
0