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!
0
Команда НАСА Lucy обнаружила луну у астероида Polymele

Команда НАСА Lucy обнаружила луну у астероида Polymele

Еще до своего запуска миссия НАСА Lucy уже была на пути побить рекорды посещаемости астероидов, в сравнении с любой предыдущей миссией. А после неожиданного результата продолжительной наблюдательной кампании, миссия может добавить в список еще один астероид.

27 марта научная группа Lucy обнаружила, что у самого маленького из троянских мишеней миссии, 15094 Polymele, есть собственный спутник. Ожидалось, что в тот день Polymele пройдет перед звездой, что позволит команде наблюдать, когда астероид ненадолго заблокирует или закроет ее. Распределив 26 команд профессиональных астрономов и астрономов-любителей по пути, где будет видно затмение, команда Lucy ...
17.08.22 08:29
0
2
В Китае создано самое сильное в мире устойчивое магнитное поле

В Китае создано самое сильное в мире устойчивое магнитное поле

Китайские ученые установили новый мировой рекорд по самому сильному устойчивому магнитному полю, когда-либо созданному на Земле. Гибридному магниту удалось создать поле силой 45,22 Тесла, что более чем в миллион раз сильнее, чем у планеты.

Рекорд был установлен в Центре стабильного сильного магнитного поля (SHMFF) в Хэфэй, Китай, с использованием магнита гибридной конструкции, который работает с 2016 года. Конструкция включает резистивный магнит, расположенный в зазоре 32 мм в центре сверхпроводящего магнита, что позволяет им объединить усилия для создания невероятно сильного магнитного поля. 12 августа гибридный магнит создал реко...
16.08.22 07:36
0
-1
Ученые воссоздали песню давно потерянного насекомого, чтобы снова его найти

Ученые воссоздали песню давно потерянного насекомого, чтобы снова его найти

После 150 лет молчания в музее странный образец снова запел свою песню. Ученые воссоздали в цифровом виде звук давно исчезнувшего вида насекомых, которого не видели с 1869 года, создав 3D-сканы его крыльев. Специфика мелодии может помочь отследить живые экземпляры в дикой природе — если они еще остались.

Prophalangopsis obscura — вид катидид, насекомого, похожего на кузнечика, но о нем мало что известно, потому что был собран только один экземпляр. Одинокий голотип, самец длиной 10 см (4 дюйма), был обнаружен где-то в Индии в середине 19 века, а затем передан в дар Лондонскому музею естественной истории, где был впервые научно описан в 1869 году. И с тех пор его никто не видел, несмотря на все ус...
15.08.22 06:56
0
1
Получение кислорода с помощью магнитов может помочь астронавтам дышать

Получение кислорода с помощью магнитов может помочь астронавтам дышать

Международной группой ученых был предложен потенциально лучший способ получения кислорода для астронавтов в космосе с использованием магнетизма.

Вывод сделан на основании нового исследования магнитного разделения фаз в условиях микрогравитации, опубликованного в журнале npj Microgravity исследователями из Уорикского университета Великобритании, Университета Колорадо в Боулдере и Свободного университета Берлина в Германии.Поддержание дыхания астронавтов на борту Международной космической станции и других космических аппаратов — сложный и до...
14.08.22 12:03
0
7
Метан может превратиться в метанол при комнатной температуре — просто добавьте света

Метан может превратиться в метанол при комнатной температуре — просто добавьте света

Ученые разработали новый эффективный способ преобразования метана в метанол при комнатной температуре. Метод может помочь сократить выбросы парниковых газов и обеспечить более чистый способ производства ключевых продуктов.

Хотя наибольшее внимание уделяется углекислому газу, он не единственный парниковый газ, меняющий климат Земли. Метан выбрасывается в меньших количествах, но его мощность в 34 раза выше, поэтому снижение его уровня остается приоритетом. Избыток метана в промышленных процессах часто сжигают, но при этом образуется CO2. Обычно альтернативой является преобразование метана в метанол, который можно исп...
01.07.22 09:16
0
1
Наноматериалы - основа безэмиссионной энергетики будущего

Наноматериалы - основа безэмиссионной энергетики будущего

Обострение геополитического конфликта между Россией и западными странами даёт мощнейший импульс ускоренному развитию не только новых технологий электрогенерации, не связанных с ископаемым топливом, но и технологиям энергосбережения, а также усилению тенденции отказа от использования транспорта с двигателями внутреннего сгорания.

Создание системы электрогенерации на основе альтернативной энергетики, в первую очередь, солнечной и ветрогенерации, на практике показало их критическую зависимость от погодных условий.Прогресс, обозначившийся в последние годы в области создания новых наноматериалов, позволяет многим учёным обоснованно предполагать, что энергетика будущего будет опираться именно на использование наноматериалов как...
31.05.22 19:43
0
2
Прорыв CRISPR-Combo редактирует одни гены и активирует другие

Прорыв CRISPR-Combo редактирует одни гены и активирует другие

Технология редактирования генов CRISPR-Cas9 — одно из самых важных научных открытий последних десятилетий, но всегда есть место для совершенствования.

Исследователи из Университета Мэриленда (UMD) разработали систему, которую назвали CRISPR-Combo, умеющую редактировать несколько генов, одновременно изменяя экспрессию других в растениях. Система CRISPR — это мощный инструмент, позволяющий ученым копировать и вставлять изменения в определенные гены живых организмов. Это открыло возможность для новых методов лечения ряда заболеваний, включая рак, ...
25.05.22 18:47
0
5
Тефлоновая опреснительная мембрана быстро очищает воду

Тефлоновая опреснительная мембрана быстро очищает воду

Инженеры Токийского университета разработали новый тип опреснительной мембраны, которая работает быстрее и требует меньшего давления и энергии, чем существующие технологии.

Новая мембрана состоит из ряда наноразмерных трубок, облицованных материалом на основе тефлона, который отталкивает соли, позволяя воде проходить с небольшим трением. Многие регионы мира сталкиваются с нехваткой чистой питьевой воды, и с изменением климата эта проблема будет только усугубляться. Опреснение солоноватой или морской воды жизненно важно, и в работах нет недостатка в творческих устрой...
17.05.22 15:03
0