Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

Графен стал ближе к электронике – новые прорывы в получении материала

Международная группа исследователей совершила ряд прорывов в области технологии получения графена. Благодаря новым шагам в этой достаточно молодой сфере знаний времена, когда быстродействующая электроника, включая чипы и сенсорные экраны, будет базироваться на графеновых нанотехнологиях, значительно приблизились. Несмотря на то, что изучением графена занимаются многие коллективы учёных по всему миру, до сих пор удавалось изготовить лишь небольшие образцы, сильно ограничивавшие понимание, измерение свойств и наблюдение за графеном. Но время не стоит на месте, и впервые "на руках" у исследователей есть структура достаточного размера, чтобы можно было проводить практическое изучение – например, электрических характеристик. По сути, преодолены два препятствия, являвшиеся помехой для масштабирования технологии. В наших материалах мы неоднократно упоминали о графене, представляющем собой одноатомный углеродный слой из двумерных шестиугольных "сот". Несмотря на химическую простоту и минимально возможную толщину, материал исключительно прочен и обладает высокой проводимостью, поэтому идеально подходит для высокопроизводительной электроники, фотоники и многих других областей. В частности, графен рассматривается как кандидат на замену нынешних технологий полупроводниковых чипов. Согласно Закону Мура, плотность размещения транзисторов в интегральных схемах удваивается приблизительно каждые два года, однако возможности кремния и других применяемых при изготовлении чипов материалов не бесконечны – постоянная миниатюризация подводит индустрию к пределам их эффективности. Графеновые же транзисторы потенциально способны работать на более высокой скорости и выдерживать большую температуру. Такие гиганты, как IBM и Intel проявляют открытый интерес к этой углеродной структуре как вероятному будущему вычислений. Кроме процессоров, графен должен усовершенствовать и сенсорные экраны, ЖК-дисплеи и солнечные ячейки. Его прочность, проводимость и прозрачность – это более чем выигрышная комбинация. До настоящего времени размер получаемого в лабораториях графена достаточного качества в форме "хлопьев" составлял доли миллиметра, а методы не отличались удобством и подразумевали снятие слоёв с кристаллов графита с помощью клейкой плёнки. Понятно, что для практического применения и особенно изучения площадь материала должна быть несколько большей. Группе учёных, в том числе из британской Национальной лаборатории физики (National Physical Laboratory, NPL), удалось впервые "вырастить" слои графена площадью около 50 мм2 и использовать их в электронных устройствах. Образцы изготовлены эпитаксиальным способом, когда один слой кристаллов формируется на другом. Основой выступил карбид кремния. Достижение доказывает, что масштабирование графена реализуемо на практике. Второй прорыв заключается в измерении электрических свойств графена с беспрецедентной точностью, что прокладывает путь к установлению стандартов. Для эффективности и коммерческой привлекательности таких устройств, как полупроводниковые элементы в компьютерах, производители должны иметь возможность осуществлять измерения их характеристик в соответствии с международными стандартами. Применительно к сопротивлению одним из них является квантовый эффект Холла – явление, при котором электрические свойства двумерного материала могут быть установлены только на основании фундаментальных постоянных. До сих пор эффект наблюдался лишь в небольшом количестве обычных полупроводников. Более того, измерения требуют условий с близкой к абсолютному нулю температурой и сильным магнитным полем, что могут обеспечить немногие лаборатории. Квантовый эффект Холла проявляется, когда ток проходит через двумерный материал в перпендикулярном магнитном поле, а напряжение измеряется перпендикулярно и к току, и к полю. В пределах определённых интервалов поля отношение этого напряжения к току, известное как холловское сопротивление, зависит только от комбинации фундаментальных констант – постоянной Планка и заряда электрона. Из-за универсальности квантовый эффект Холла является базисом для стандарта сопротивления, независимого от конкретного изучаемого образца. Достаточно крупные слои графена с продемонстрированным учёными холловским сопротивлением должны заменить традиционные полупроводники в массовом масштабе. Поскольку квантовый эффект Холла достижим при более высоких температурах, основанный на нём стандарт доступен многим лабораториям, а значит стоимость производства графеновой электроники будет ниже, а объём – больше. На впечатляющих результатах работа не останавливается – учёные надеются на финансовую поддержку со стороны ЕС для дальнейшего продвижения в точности измерений и повышении необходимой для этого температуры.

Быстрый переход

Новые энергосберегающие лампы на базе нанотехнологий

RTI International разработала революционную технологию освещения, которая более энергоэффективна, чем обычные электрические лампы накаливания, и экологически безопасна благодаря отсутствию ртути. Основой нового изобретения являются нановолокна, которые обеспечивают превосходное управление освещением. Нановолокна – это материалы с диаметром и поверхностью гораздо меньшей, чем человеческий волос. «Использование гибких фотолюминесцентных нановолокон – это настоящий прорыв в осветительных технологиях», - говорит Лин Дэвис (Lynn Davis), руководитель программы Nanoscale Materials. Помимо экономической выгоды, новая технология продуцирует более приятный свет с лучшей цветопередачей. Ожидается, что новые лампы появятся на рынке в ближайшие пять лет. Материалы по теме: Источник:

Алмазная проводка может стать прорывом в квантовом вычислении

Команде ученых университета Гарварда удалось создать устройство на базе алмазных нанопроводов. Устройство является ярким и стабильным источником одиночных фотонов при комнатной температуре. Данное открытие может привести к созданию нового класса наноструктурированных аппаратов, подходящих для квантовой связи. В отчете исследователи во главе с профессором Марком Лонкаром (Marko Loncar) сообщили, что производительность одиночного источника фотонов, базирующаяся на светоизлучающем дефекте, может быть значительно повышена путем наноструктурирования алмазов и внедрения дефекта в алмазную проводку. По сути, ученые впервые начали использовать свойства природных алмазов, узнав, как управлять вращением электрона, связанного с цветовым центром кристалла. Квантовое состояние может быть инициализировано и измерено при помощи света. Цветовой центр «общается», выделяя и поглощая фотоны. Поток фотонов, излучаемый цветовым центром, позволяет переносить результирующую информацию, осуществлять контроль, захватывать и хранить фотоны необходимые для любого типа вычислений или связи. При этом сбор фотонов достаточно трудоемкое занятие, поскольку цветовой центр запрятан глубоко внутри алмаза. «Наше устройство может направлять излучаемые фотоны в нужное русло», - говорит один из разработчиков Том Бабинец (Tom Babinec). Алмазная проводка также создана, чтобы преодолеть препятствия, вызванные устаревшими системами, которые базируются на квантовых точках и углеродных нанотрубках. «Мы рассматриваем это как важный шаг на пути к оптическим системам. Благодаря наноструктурированным алмазам мы уже можем мечтать об алмазных устройствах и системах», - заявил Лонкар. Материалы по теме: Источник:

IBM: эффективная солнечная батарея из доступных компонентов

Компания IBM объявила, что силами одной из ее исследовательских лабораторий был создан достаточно эффективный элемент солнечной батареи, состоящий из широко распространенных на планете и легкодоступных материалов. Ожидается, что такая разработка может привести к значительному снижению стоимости электроэнергии, получаемой из солнечного света.
Увеличенное изображение поперечного разреза слоя солнечного элемента на основе вещества кестерит (kesterite)
Основной слой нового модуля солнечной батареи IBM, поглощающий большую часть света для преобразования в электрический ток, полностью состоит из соединения таких элементов, как медь (Cu), олово (Sn), цинк (Zn), сера (S) и/или селен (Se). При этом его коэффициент полезного действия составляет 9,6%, что на 40% превышает лучшие показатели, полученные для преобразователей на основе подобного набора компонентов. Разработанный исследователями солнечный элемент также отличает от его предшественников то, что он был создан с использованием комбинации решений и подходов, основанных на наночастицах – в отличие от популярного, но дорогостоящего вакуумного метода. Технологические изменения позволят, как ожидается, значительно уменьшить производственные затраты, поскольку эти изменения согласуются с передовыми методами нанесения светопоглощающих слоев – такими как печать, покрытие, наносимое окунанием (погружением) и распылением, литье пленки – которые характеризуются высокой производительностью и высоким коэффициентом использования материалов. «Энергия, которую можно получить из излучения Солнца, поступающего на Землю в течение часа, превышает энергию, которую планета потребляет за год, однако вклад солнечной энергетики в общемировую систему снабжения электроэнергией составляет в настоящее время менее 0,1%, прежде всего из-за высокой стоимости, – пояснил доктор Дэвид Митци (David Mitzi), возглавляющий группу исследователей IBM Research, которые разработали новый солнечный элемент. – Поиск путей создания технологии солнечных батарей, которая по затратам в расчете на ватт сопоставима с традиционными способами выработки электроэнергии, и которая обладает потенциалом выхода на «тераваттный» уровень, стал главным направлением наших исследований, приблизившим нас к окончательному успешному решению проблемы». Существующие в настоящее время тонкопленочные панели солнечных элементов, основанные на сложных полупроводниках, демонстрируют коэффициент полезного действия на уровне 9-11%. В этих элементах наиболее часто применяются два дорогостоящих химических соединения – селенид меди индия и галлия (copper indium gallium selenide) и теллурид кадмия (cadmium telluride). В результате предпринимавшихся попыток создания дешевых солнечных панелей на основе соединений, включающих широко распространенные на Земле химические элементы и не содержащих индия, галлия или кадмия, не удавалось превысить барьер КПД в 6,7% – в сравнении с новым, рекордным показателем эффективности в 9,6%, полученным специалистами IBM Research. Компания заявила, что не намерена самостоятельно заниматься выпуском солнечных батарей, но готова к сотрудничеству с их производителями. Материалы по теме:

Источник:

Жидкое стекло защитит одежду от грязи

Турецким ученым удалось сделать открытие, которое может стать настоящем переворотом в текстильной промышленности. Жидкое стекло позволяет покрывать сверху любую одежду, в результате чего она абсолютно не пачкается. Более того, оно обладает антибактериальным эффектом, поскольку микробы не могут делиться на поверхности стекла. Жидкое стекло состоит из кремниевого диоксида, выработанного из кварцевого песка. В зависимости от типа поверхности, которую требуется покрыть, добавляется вода или этанол. Данную технологию запатентовала немецкая компания Nanopool.
liquid glass.jpg
Спрей наносит тончайший слой стекла на одежду. Он является абсолютно безвредным и нетоксичным. При желании его можно легко счистить. Жидкое стекло не пропускает бактерии, грязь, воду, не отражает тепло и ультрафиолетовые лучи. По словам менеджера компании Nanopool Нейла МакКлелланда (Neil McClelland), совсем скоро каждый продукт будет покрыт жидким стеклом. Данная технология может использоваться и в пищевой промышленности. Жидким стеклом можно покрывать поверхности, которые должны быть всегда стерильными. Также ученые предполагают, что жидким стеклом можно покрывать медицинское оборудование, имплантаты и даже памятники архитектуры. Материалы по теме:

Источник:

Создан улучшенный чип-анализатор вирусов

Группа инженеров и химиков из Университета Бригама Янга создала микрочип, позволяющий с высокой надежностью обнаруживать наличие специфических белков или вирусов даже в небольшом количестве исследуемого образца и при малой концентрации искомых объектов. Принцип работы изобретения в целом напоминает систему для сортировки монет, только реализованную на микроуровне. Ни объем образца, ни концентрация не играют особой роли, поскольку анализируемые частицы улавливаются в соответствии с их размером, а не численностью, и это облегчает процесс обнаружения вирусов.
Аарон Хоукинс с микрочипом
«Большинство тестов имеют низкую достоверность, если только у вас не в самом деле высокая концентрация вирусов» – говорит Аарон Хоукинс (Aaron Hawkins), профессор электроники и вычислительной техники в Университете, руководящий разработкой дизайна чипа. «Одной из целью сообщества «лаборатории на чипе» является попытка уменьшить пределы измерения до единичных частиц, проходящих через трубку или канал». Хоукинс утверждает, что его группе удалось решить одну из наибольших проблем в этом направлении – организовать интерфейс между исследуемыми образцами жидкости в макромире с потоками жидкости в микромире. Он говорит, что им удалось придумать способ использовать макроколичества жидкости в микрочипе, используя прецизионно смещенные друг относительно друга тончайшие каналы. В результате искомые частицы имеют возможность перемещаться вместе с жидкостью по микроканалу до тех пор, пока не натолкнутся на стенку, под которой находится отверстие, меньшего по отношению к ним размера, и скапливаются в этом месте, после чего их можно наблюдать через специальную камеру. На следующем этапе исследователи планируют усложнить систему, создав последовательный каскад каналов с уменьшающимися отверстиями, который бы позволил «рассортировывать» по размерам все более и более мелкие частицы.
Для формирования каналов исследователи нанесли на подложку чипа слой металла толщиной 50 нм, после чего напылили на него стекло. Затем металл вытравили с помощью кислоты, и получили узкое пространство, сквозь которое может протекать жидкость из исследуемого образца. Хоукинс полагает, что после доведения «до ума» первых образцов чипа понадобится всего около года, чтобы развернуть его массовое производство. Материалы по теме: Источник:

"Пьезоэластичные" чипы соберут энергию для телефона при ходьбе

Чтобы собирать практически дармовую энергию, не предпринимая при этом специальных физических усилий, не обязательно дожидаться одежды со встроенными солнечными ячейками – есть более близкая к реальности и не зависящая от капризов погоды технология. В Принстонском Университете (Princeton University) разработаны генерирующие энергию эластичные плёнки, которым нужна лишь двигательная активность – ходьба, дыхание и тому подобное. Созданный учёными материал состоит из встроенных в силиконовые пластины керамических нанолент и при изменении формы конвертирует механическую энергию в электричество. Однажды изготовленные с применением разработки кроссовки смогут обеспечить потребности того же мобильного телефона. А будучи встроенным в кардиостимуляторы, материал избавит от необходимости замены элемента питания.
Пьезоэластичный чип
На верхнем изображении – снятие нанополос и помещение на эластичный материал; на среднем показан пьезоэластичный чип; на нижнем – схематическое представление генерирования электричества
Как заявляет принстонская команда исследователей, она первой успешно объединила силикон и наноленты из цирконата-титаната свинца (lead zirconate titanate, PZT) – керамического материала, являющегося пьезоэлектриком, то есть генерирующим электрический заряд при деформации. Среди всех таких материалов PZT наиболее эффективен, поскольку конвертирует 80% приложенной механической энергии. По словам возглавляющего проект профессора механической и аэрокосмической инженерии Майкла МакЭлпейна (Michael McAlpine), PZT в 100 раз эффективнее кварца. А это исключительно важный параметр, ведь во время ходьбы генерируется немного энергии, и чем большее количество будет трансформировано, тем лучше.
Пьезоэластичный чип
Наноленты настолько малы, что 100 уложенных рядом поместятся в пределах миллиметра. После интегрирования в прозрачные листы силикона получаются устройства, которые исследователи называют "пьезоэластичными чипами". Поскольку силикон биологически совместим, его контакт с телом не грозит никакими последствиями. По оценке МакЭлпейна, новые высокотехнологичные генераторы могут быть имплантированы в тело для постоянного обеспечения питанием медицинских приборов без риска отторжения. Как и свойственно пьезоэлектрикам, существует обратный эффект: внешний источник тока деформирует материал. Это открывает другие перспективы – например, в области микрохирургических инструментов. Ещё одна характерная особенность разработки – это масштабируемость, то есть со временем чипы будут становиться больше. Правда, сроки не называются. Материалы по теме:

Наноскопический робот может передвигать молекулы и атомы

Ученые китайского университета Nanjing создали наноробота размером 150x150x8 нанометров. Это в миллионы раз меньше чем красное кровяное тельце. Робот способен перемещать атомы и молекулы со 100% точностью.
nanotechnology.jpg
При помощи наноробота ученые могут невероятно точно перемещать нити ДНК. Другими словами, технология позволяет создавать очень сложные по своей природе ДНК-структуры. Среди других наноскопических структур созданных под руководством доктора Симана (Dr. Seeman) стоит выделить усеченные октаэдры ДНК (truncated DNA octahedrons) и последовательно зависимые переключатели молекулярных решеток (sequence-dependent molecular switch arrays). Используя перечисленные технологии, Симан взламывает структуры ДНК и в буквальном смысле изменяет природные процессы. Вполне возможно, что это станет настоящей революцией. Правда, тут же возникают различные морально-этические дилеммы, поскольку далеко не каждый захочет доверить свое тело и душу роботам. Материалы по теме:

Что отмечать в 2010: 25-летний юбилей технологических и научных событий

Примечательные открытия и разработки в мире технологий и науки совершаются ежегодно и в немалом количестве, хотя современный темп развития соответствующих сфер знаний и прикладного применения последних, вероятно, более стремителен. Однако некоторые события выбиваются из общего ряда как сегодня, так и среди достижений прошлого. Безусловно, любой составляемый рейтинг будет в некоторой мере неполноценен – критерии отбора не могут быть универсальными одновременно для всех точек зрения. Издание TechWorld предлагает оценить 1985 год и представляет свою подборку 25-летних годовщин, связанных с технологиями, компьютерами и наукой. 1. Радио в часах
Citizen AM/FM
В 1985 году компания Citizen выпустила на рынок электронные часы с радиоприёмником AM/FM-сигналов. Насколько продвинулись технологии – демонстрирует хотя бы устройство WigiTel W3, являющееся часами-телефоном с OLED-экраном, VGA-камерой и Bluetooth. 2. Персональный компьютер Amiga 1000
Amiga 1000
В нынешнем году 25 лет исполняется персональному компьютеру Commodore Amiga 1000, обладавшему 13" ЭЛТ-монитором, 256 Кб оперативной памяти (дополнительные 256 Кб поставлялись на отдельном картридже) и процессором Motorola 68000, работавшем на тактовой частоте 7,16 МГц. 3. Лазерный принтер Apple
LaserWriter
Apple выпустила первый лазерный принтер LaserWriter для компьютеров Mac. Разрешение печати составляло 300 точек на дюйм, скорость – 8 страниц в минуту. Стоимость поражает даже по сегодняшним меркам – $6995. Устройство имело встроенный интерпретатор PostScript и обладало большей вычислительной мощностью "железа", чем сами компьютеры Apple. LaserWriter оснащался 12-МГц процессором Motorola 68000, 512 Кб памяти потреблял 760 Вт. Весил принтер 35 кг. 4. Фуллерены
C60
Роберт Кёрл (Robert Curl), Харольд Крото (Harold Kroto) и Ричард Смолли (Richard Smalley) открыли молекулу бакминстерфуллерен C60 (названа по имени использовавшего в строительстве архитектурных объектов пяти и –шестиугольники Бакминстера Фуллера). За свои труды учёные стали в 1996 году лауреатами Нобелевской премии по химии. В природе фуллеренов не существует, поэтому они могут быть только синтезированы. Молекула C60 состоит из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. В настоящее время фуллерены применяются, например, при создании наномашин – недавно техасские учёные разработали "нанодрагстер" с колёсами из C60. 5. Суперкомпьютер Cray-2
Cray-2
Cray Research представила суперкомпьютер Cray-2, заменивший мейнфрейм X-MP на вершине списка самых высокопроизводительных вычислительных систем того времени. Его вычислительная мощность составляла 1,9 Гфлопс и была превышена только в 1990 году машиной ETA-10G. Для сравнения: производительность устанавливаемого в приставку PlayStation 3 процессора Cell составляет 204 Гфлопс при операциях с плавающей запятой (15 Гфлопс – с двойной точностью), а возглавляющего сегодня Топ-500 суперкомпьютера Jaguar - 2,3 Пфлопс (пиковая теоретическая мощность). 6. Discovery
Discovery
Получив $5 млн от BBC и американских инвесторов, Джон Хендрикс (John Hendricks) запустил вещание телеканала Discovery, известного сегодня во всём мире по документальным передачам о науке, технологиях и истории. Телесеть доступна в 170 странах и включает несколько десятков каналов на нескольких языках. Помимо развития медиабизнеса, Discovery строит собственный 4,2-м телескоп. 7. Первое доменное имя в зоне ".com"
Symbolics.com
В доменной зоне ".com" было зарегистрировано первое доменное имя – Symbolics.com. Это произошло 15 марта, вскоре последовали такие адреса, как HP.com, IBM.com, Intel.com и другие. Компания Symbolics использовала Интернет для продвижения компьютеров Lisp. В прошлом году адрес был продан. 8. Открытое ПО
Ричард Столлман (Richard Stallman)
В марте ратующий за открытое программное обеспечение Ричард Столлман (Richard Stallman) опубликовал в издании Journal of Software Tools манифест GNU Manifesto, в 4 октября основал некоммерческую организацию Free Software Foundation. 9. NeXT
NeXT
После ухода из Apple Стив Джобс (Steve Jobs) основал новую компанию NeXT, выпускавшую компьютеры. Продажи систем были очень ограничены, но разработанная NeXT объектно-ориентированная операционная система Nextstep являлась инновационной. В 1996 году за $429 млн компания была приобретена Apple. 10. Nintendo
Nintendo Entertainment System (NES)
В глобальной продаже появилась 8-битная консоль Nintendo Entertainment System (NES). В различных странах приставка также была представлена под брендами Family Computer, Hyundai Comboy, Dendy и Tata Famicom. Всего продано более 60 млн устройств, самая популярная игра – серия Super Mario Bros. 11. Дыра в озоновом слое
Дыра в озоновом слое
Три британских учёных опубликовали в мае статью в издании Nature, где сообщили о существовании над Антарктикой области атмосферы с очень низкой концентрацией трёхатомного кислорода в озоновом слое. Дыра периодически исчезала и появлялась вновь. Озон (O3) защищает жизнь на Земле от опасного ультрафиолетового излучения. 12. Титаник
Titanic
Роберт Баллард (Robert Ballard) со своей командой 1 сентября обнаружил местоположение затонувшего в 1912 году британского парохода Титаник. 13. Windows
Windows 1.0
20 ноября Microsoft выпустила операционную систему Windows 1.0 (1.01) – через два года после анонса. Материалы по теме: - Технологии, за которые нужно благодарить 1970-е;
- CES 2010: самые яркие и значимые события выставки;
- Самые знаковые гаджеты десятилетия.

Созданный учёными "нанодрагстер" приближает время наномашин

Техасские учёные сообщают о разработке "нанодрагстера", который может ускорить появление нового поколения футуристических молекулярных машин. "Транспортное средство" тоньше человеческого волоса в 50 тыс. раз и повторяет в общих чертах форму этого типа гоночных автомобилей. Как отмечают Джеймс Тур (James Tour), Кевин Келли (Kevin Kelly) и другие исследователи, возможность управления движением небольших молекул является крайне необходимой для создания многообещающих молекулярных устройств. Некоторым из них могут найти применение в производстве будущих компьютерных чипов и других электронных компонентов. Ранее уже удавалось получить "наноавтомобиль" с колёсами в виде сфер из 60 атомов углерода.
Нанодрагстер
Такая машина может скользить по покрытой золотом поверхности под действием тепла или электрического поля. Но контроль за процессом ограничен, что не позволяет применять подобные структуры более широко. Наиболее лимитирующий фактор – это инструменты с наномасштабным разрешением, используемые для изучения поведения и свойств молекулярных устройств. Новый "нанодрагстер" решает некоторые из проблем. Его передняя часть имеет меньшую ось, колёса на ней сделаны из материалов, которые легче перемещаются. Задние колёса крепятся к длинной оси, а их сферическая форма создаёт достаточно сильное сцепление с поверхностью. В результате эта машина действует при более низких температурах и возможно обладает лучшей подвижностью. Материалы по теме: - Научные прорывы 2009 года;
- Контактные линзы с наночастицами покажут диабетикам уровень сахара;
- IT-байки: 4D наномикроскоп - Виват, атомное кино!.

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥