Команда французских исследователей продемонстрировала новый способ создания компактной цифровой памяти для портативной электроники, потребляющей меньше энергии. Это стало возможным благодаря мультиферроикам – классу материалов, комбинирующих необычные электрические и магнитные свойства. На микроскопическом уровне атомы и молекулы генерируют электрические и магнитные поля. В большем масштабе в случае многих кристаллов эти свойства частиц сводят на нет действия друг друга. Но иногда в определённых составах, известных как ферромагнетики, магнитные свойства существуют на макроскопическом уровне и превращают материалы в магниты. Реже встречается электрическая упорядоченность в ферроэлектриках. И совсем особый случай – комбинация электрических и магнитных характеристик, как в мультиферроиках. Более того, в этих материалах поля взаимодействуют, что предоставляет способ контролировать спины атомов посредством электрического поля. Это открывает новые перспективы, особенно в хранении информации. Исследователи из Лаборатории физики твёрдого тела (Laboratoire de Physique des Solides) и других научных организаций синтезировали состав со свойствами мультиферроика BiFeO₃ и продемонстрировали взаимодействие между его электрическими и магнитными свойствами. Затем был создан материал из одного слоя BiFeO₃ и ферромагнитной плёнки, на котором учёные показали возможность манипулировать ориентацией намагничивания частиц путём приложения электрического поля. Результаты подтверждают концепцию хранения и записи "магнитных" данных. В сегодняшних жёстких дисках биты записываются определяющим намагничивание магнитным полем. Два возможных состояния обозначают 1 и 0. В случае мультиферроика каждый элемент памяти может находиться в четырёх состояниях (два в соответствии с электрической поляризацией и ещё два - намагниченностью). Возможность записывать и стирать данные электрическим полем имеет ключевой характер для развития мобильной электроники по двум причинам. Во-первых, генерирование такого поля требует меньше энергии, а значит аккумуляторы прослужат дольше. Во-вторых, оно более локально, то есть на единице площади может быть размещено больше элементов памяти. Материалы по теме: - Первые прототипы 32-нм оптоэлектронных чипов;
- 10 самых перспективных технологий будущего года;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти.

Оказывается, поймать радугу всё-таки возможно. Это сделано впервые с помощью простых линз, пластины стекла и золота, но не из праздного любопытства: техника может быть использована для хранения информации в виде света и развития оптических вычислений и телекоммуникаций. Оптические устройства обещают быть быстродействующими и более эффективными, чем нынешняя электроника, однако сложность представляет необходимость конвертирования сигналов из оптического вида в электрический и обратно. "Замедление" света или локализация в некотором пространстве может разрешить проблему с прямой обработкой электромагнитных волн. В 2007 году Ортвин Хесс (Ortwin Hess) из Университета Сюррея (University of Surrey) в Гилфорде, Великобритания, вместе с коллегами предложил технологию заключения света в сужающемся волноводе, который является структурой, направляющей излучение по своей длине. В его состав входят метаматериалы. Идея заключается в том, что по мере сужения волновода компоненты света должны поочерёдно останавливаться во всё более узких точках, поскольку никакой компонент не может пройти через открытое пространство, меньшее его длины волны. Таким образом и получается "пойманная радуга". Многочисленные модели показывают, что подобные "конусообразные" волноводы должны действовать, но до сих пор их изготовление из метаматериалов остаётся неразрешимой задачей. Однако Вера Смолянинова (Vera Smolyaninova) из Таусонского университета (Towson University) в Балтиморе совместно с другими исследователями использовала выпуклую линзу, чтобы создать требуемую структуру волновода и локализовать радугу. Учёные покрыли одну из сторон линзы диаметром 4,5 мм золотой плёнкой толщиной 30 нм и поместили её на плоскую стеклянную пластину, также покрытую плёнкой из благородного металла, позолоченной стороной вниз. Если посмотреть на эту систему сбоку, то воздушное пространство между изогнутой поверхностью линзы и пластиной постепенно становится меньше вплоть до нулевой толщины в точке, где линза касается стекла – практически тот же сужающийся волновод. Когда учёные направили в него многоволновое лазерное излучение, внутри сформировалась радуга. Она имела вид серии цветных колец при рассматривании линзы сверху через микроскоп. Зелёный свет с более короткой длиной волны оказался в точке пространства, слишком узкого для преодоления этим излучением. Красный свет с большей длиной волны был пойман в более широкой части волновода. Между ними расположились остальные цвета. По словам исследователей, тот факт, что столь комплексное явление удалось воспроизвести с помощью очень простой конфигурации, удивителен. Материалы по теме: - Первые прототипы 32-нм оптоэлектронных чипов;
- Оптические резонаторы перемещают нанообъекты;
- IT-Байки: луч нанокристалла в царстве оптоэлектроники.

Как сообщают обозреватели полупроводниковой индустрии Тайваня и Китая, в 2011 году стоимость микросхем NAND существенно понизится вместе с переходом крупнейших поставщиков чипов на 20-нм техпроцесс. До этого момента SSD-диски не смогут занять сравнимую с HDD долю среди накопителей для персональных компьютеров. Подобная точка зрения была высказана в игроками рынка на симпозиуме в Тайбэе. Среди участников были топ-менеджеры таких производителей памяти, как A-Data Technology, Condel Technology, JMicron Technology и Silicon Motion Technology. В ходе встречи было высказано обращение к китайским и тайваньским компаниям совместными усилиями разработать и стандартизировать единые спецификации для SSD, а также продвигать ключевые технологии, ныне контролируемые международными поставщиками. Флеш-накопители действительно далеко не в выигрышной позиции на рынке массовых устройств хранения данных. Например, недавно представленная OCZ серия Colossus включает модели от 128-Гб (стоимостью около $500) до 1-Тб (более $3000). Поэтому в основном SSD позиционируются как дополнительные диски для ускорения работы критичных к скорости программ, включая загрузку ОС, и в качестве решений для корпоративного сектора и энтузиастов. Материалы по теме: - SSD OCZ Colossus: быстрые, дорогие, ёмкие;
- Intel выпустит новые дешёвые и корпоративные SSD;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти.

Один из способов собрать больше солнечной энергии – убедиться, что излучение падает на солнечную панель под идеальным углом. Это означает отслеживание движения светила с соответствующим перемещением плоскости панели или использование комплексной оптики для перенаправления лучей, если поверхность с солнечными ячейками неподвижна. Исследователи из Университета Иллинойса (University of Illinois) предложили другое, инновационное решение: самосборные сферические ячейки, которые способны собирать большее количество энергии, чем плоские поверхности. Изменение формы – это относительно простой путь решения проблемы концентрации падающего излучения, но реализовать его в случае фотоэлектрических устройств до новой разработки было весьма сложно. Микромасштабные ячейки произведены с использованием обычного литографического процесса, скомбинированного с операциями по самосборке. Если эффективность подобных решений будет доказана на практике, появится потенциальная возможность сформировать из них большие массивы с такой же выходной мощностью, как в случае обычных солнечных ячеек, но меньший требуемый объём кремния позволит снизить стоимость. "Вместо большой пластины с полупроводниковыми элементами, покрытой концентрирующими линзами и оснащённой моторами для её перемещения, мы стремимся создать компактные ячейки с аналогичной мощностью", - объясняет задачу профессор химии Ральф Наззо (Ralph Nuzzo). Изогнутые поверхности собирают больше света по сравнению с плоскими благодаря увеличенной площади. Но изготовление солнечных ячеек с отличной от ровной поверхностью сталкивается со сложностями в виде ограничений производственных процессов, использующих полупроводники. Поэтому возглавляемая Наззо группа избрала путь самостоятельного преобразования формы плоскими листами в микромасштабные трёхмерные элементы. Реализация проекта началась с точной обработки тонкой высококачественной кремниевой заготовки. Литография позволила получить тонкую двумерную структуру, которой исследователи придали форму цветка. Внутри клейким веществом крепится небольшой кусочек стекла, помогающий сохранять принимаемую форму. Наконец, по мере испарения размещённой в центре "цветка" капли воды силы поверхностного натяжения заставляют "лепестки" подниматься, в результате появляется близкая к сфере структура. Сложность в том, чтобы заставить материалы изменяться предсказуемым образом. Исследователи создали математические модели, помогающие прогнозировать механические свойства кремниевых элементов с разнообразной формой и толщиной, а также их взаимодействие с водой, которое можно регулировать химической обработкой поверхности. После образования сферы добавляются электрические контакты. Итогом всей работы стали микроскопические сферические солнечные ячейки, выступившие доказательством функциональности "оригами", как называет разработку Наззо. Та же техника использовалась для получения цилиндрических ячеек. Устройства Наззо конвертируют всего 1% света в электричество – низкая эффективность даже для фотоэлектрического преобразования. Однако конечный результат превосходит показатели изготовленных теми же относительно грубыми техпроцессами плоских ячеек из того же количества кремния. По словам учёных, разработанная ими методика может быть применена к другим материалам помимо кремния, а форма ячеек не ограничена сферой и цилиндром. Есть и другие способы увеличения количества собираемого света, такие как использование антиотражающих покрытий и текстурирование поверхностей. Но главное преимущество новой методики – меньший объём требуемого материала. На плоские солнечные ячейки толщиной в несколько микрометров нельзя нанести текстуру, а антиотражающие плёнки усложняют производство и добавляют стоимость. Самосборка, по словам Наззо, предлагает лучшую альтернативу. В настоящий момент исследователи трудятся над совершенствованием технологического процесса. Материалы по теме: - «Солнечная ромашка» для питания ноутбука и телефона;
- Солнечные батареи из оптоволокна эффективнее в 6 раз чем панельные;
- IT-Байки: солнечное электричество из нанотрубок.

• news.illinois.edu

Исследования показали, что микроскопические частицы, которые появляются в результате износа колодок тормозных систем автомобилей, наносят вред клеткам лёгких. Более всего эффект проявляется при частых резких торможениях, но даже езда на автомобиле в спокойном темпе представляет опасность. Явление изучают Барбара Ротен-Рутишаусер (Barbara Rothen-Rutishauser) и Петер Гер (Peter Gehr) из Бернского университета (University of Bern), а также Майкл Ридикер (Michael Riediker) из Института труда и здоровья (Institute for Work and Health) в Лозанне. Учёные проводят эксперименты с культурами клеток лёгких, помещаемыми в расположенную близко к оси машины камеру. По данным исследователей, износ тормозов приводит к появлению приблизительно 20% выбросов от общего количества загрязняющих атмосферу веществ в дорожном трафике, но влияние на человека этого фактора до сих пор не изучено. Анализ показал, что микрочастицы содержат значительную часть железа, меди и органического углерода. Они повреждают связи между клетками через окислительные процессы – возникают признаки окислительного стресса и воспаления ткани. Жёсткое торможение усиливает эффект из-за большего износа колодок и появления большего количества частиц. Исследователи надеются в будущих работах точно определить компоненты, вовлечённые в каждое изменение в клетках. Однако ясно, что как и в случае с выхлопными газами, усилия по сокращению выбросов от тормозных систем приведут к более качественному окружающему воздуху и лучшей защите здоровья человека. Материалы по теме: - Автодайджест. Выпуск №24;
- Наночастицы могут повреждать ДНК, не проникая в клетку;
- Опасность нанотехнологий. Реальны ли угрозы?.

Компьютерные чипы, в которых для передачи данных используется свет вместо электронов, потребляют намного меньше энергии и обладают другими преимуществами, но пока они остаются лишь опытными лабораторными образцами. Профессоры Владимир Стоянович (Vladimir Stojanović) и Раджив Рем (Rajeev Ram) из Исследовательской лаборатории электроники и Лаборатории технологий микросистем при Массачусетском технологическом институте (MIT) надеются достигнуть большего прогресса путём создания оптического чипа, который может изготавливаться с применением обычного технологического полупроводникового процесса. Получив доступ к тем же производственным линиям, на которых Texas Instruments "собирает" микропроцессоры для мобильных телефонов, исследователи продемонстрировали возможность размещения большого количества работоспособных оптических и электронных компонентов на одной подложке. Однако пока прямой связи между ними нет. Стоянович планирует решить задачу с выпуском новых образов чипов на мощностях TI и других производителей полупроводников предстоящей зимой. Передача данных через оптический канал может решить проблему ограниченности производительности внутренних шин, которая вскоре явно даст о себе знать в области разработки чипов. Вместе с ростом вычислительной мощности нужны и более высокоскоростные соединения для связи с памятью, иначе дополнительные мега- и гигагерцы могут оказаться лишними. Однако передача большего объёма данных по электрическим соединениям означает увеличение потребляемой мощности. Техпроцессы становятся более прецизионными, транзисторы – компактными и эффективными, поэтому со временем общее энергопотребление меняется незначительно. Но по словам исследователя из Национальной лаборатории компании Sandia (Sandia National Laboratories) Майкла Уаттса (Michael Watts), та часть энергии, которая уходит на соединения, растёт: "В некоторый момент вся мощность должна будет отдаваться соединениям, и он не так уж далеко. Что в таком случае останется для вычислений? Ничего". Будущие чипы могут просто потреблять больше энергии, но тогда и охлаждение станет сложной задачей, а время автономной работы батарей портативных устройств сократится. Исходя из этого, чипмейкеры не прочь перейти на более энергоэффективные системы передачи данных, если только это будет экономически оправдано. Поэтому демонстрация совместимости с ныне используемыми производственными процессами должна быть убедительна. Обычно они подразумевают последовательное размещение слоёв различных материалов – кремния, оксида кремния, меди – на кремниевой подложке и химическое удаление определённых участков для создания итоговых трёхмерных структур. Проблема в том, что слои материалов тоньше, чем оптимальный уровень для оптических компонентов. Как объясняет Стоянович, нормальный фотонный элемент схемы "должен быть выше и тоньше, чтобы минимизировать поверхностные потери". А поскольку толщина задана производственными стандартами, появляется препятствие. В оптических чипах используются волноводы для передачи света, и часто исследователи пытаются совместить фотонные компоненты с кремниевым чипом путём "вырезания" волноводов из единого кристалла кремния. Но такое решение требует применение изолирующих слоёв над и под монокристаллом, что невозможно сделать на линиях TI и Intel. Тем не менее, есть способ размещения диэлектриков сверху с снизу слоёв поликристаллического кремния, обычно используемого в затворах транзисторов. В этом и увидели выход учёные из MIT. На данный момент были изготовлены две серии прототипов фотонных чипов: одна с применением 65-нм технологии, другая – 32-нм. Чтобы избежать утечки света из поликристаллических волноводов, под ними было сформировано пустое пространство – единственный шаг, неосуществимый (пока) TI. Модификация промышленного техпроцесса не должна стать большой сложностью, отмечает Уаттс. В разработке исследователей световое излучение обеспечивает лазер, находящийся вне чипа. В дополнение к направлению луча к нужным точкам чип также должен уметь загружать информацию и отдавать её. Обе операции выполняются с помощью кольцевых резонаторов – крошечных колец из кремния, выводящих свет определённой частоты из волноводов. Быстрое включение и отключение резонаторов приводит к появлению и исчезновению светового сигнала, и соответствующие вспышки с промежутками между ними означают единицы и нули. Потребности в пропускной способности соединений чипов следующего поколения диктуют необходимость в волноводах с поддержкой 128 световых потоков с разными длинами волн, несущих собственные данные. Соответственно, кольцевые резонаторы должны обеспечить пул фильтров, чтобы развязать входящие сигналы. В прототипах чипов, утверждает Стоянович, быстродействие фильтров поразительна, но текущие производственные процессы не могут гарантировать точность размеров колец, от которых зависит пропускаемая длина волны. Учёные надеются, что следующее поколение прототипов, где электронные компоненты будут управлять оптическими, продемонстрирует также более совершенное действие резонаторов при кодировании данных в лучах. В то же время, исследователи ищут способ переноса своих разработок на чипы памяти. По словам Стояновича, этот сегмент полупроводниковой продукции сложно покорить, поскольку данный бизнес сильно зависим от цен и на счету каждая производственная операция. Оптические решения должны быть абсолютно совместимы с производственными технологиями. Но если память и процессоры будут работать с передачей данных по оптическим каналам, то в добавок к экономии энергии производительность компьютеров существенно вырастет. Стоянович говорит о четырёхкратном выигрыше только в случае CPU, а переход всех соединений на фотонные даст 10- и 20-кратное преимущество. Материалы по теме: - Новая концепция цифровой электроники: фемтосекунды, терагерцы;
- IT-Байки: луч нанокристалла в царстве оптоэлектроники;
- IT-Байки: Электроника-2020 – жизнь после смерти кремния.

Сетевой ресурс EE Times составил список информационных технологий, развитие которых в 2010 году будет наиболее востребовано. 1. Биологическая обратная связь или управление электроникой с помощью мысли. Число компаний и институтов занятых на этом поприще растет как снежный ком. Возможность управлять электроникой посредством одной лишь мысли ожидают множество категорий пользователей – военные, инвалиды и простые пользователи, особенно в игровой сфере. Звучит как научная фантастика, но в продаже уже появляются практические устройства для управления компьютером. 2. «Печатная» электроника. Возможность быстро печатать сложные схемы из проводящих, изолирующих и полупроводниковых слоев рассматривается как альтернатива существующим техпроцессам создания электроники. Разумеется, что по плотности размещения компонентов эта технология существенно проигрывает современной литографии, но скорость разработки, простота и дешевизна создания схем делает технологию перспективной во многих решениях. К примеру создание гибких схем, RFID, OLED-панелей и других, где плотность элементов не критична. 3. «Пластиковая» или полимерная память. Технология создания памяти на основе полимера – политиофена (polythiophenes), который демонстрирует ферромагнитные свойства. Такая память уступает по производительности кремниевой, но ее можно, что называется буквально печатать на гибкую основу. 4. Безмасочная литография. Многие считают перспективным направлением развитие иммерсионной и EUV-литографии, однако EE Times делает ставку на темную лошадку в этой гонке техпроцессов – безмасочную многолучевую литографию, как более дешевую альтернативу. 5. Параллельные процессы. Технология существует сейчас в форме двух и четырехъядерных процессоров, а также в многопроцессорных системах. Однако, по мнению EE Times, в будущем году будет уделено большее внимание использованию вычислительной мощности графических процессоров. Во всяком случае наработки OpenCL и Cuda обещают прорыв в этой сфере. 6. Energy harvesting или использование энергии окружающей среды. Тема далеко не новая (как пример, наручные часы с автоподзаводом), но, с уменьшением потребляемой энергии современными чипами, становится возможным использовать устройства без источника питания. В будущем году ожидается заметное развитие эти технологий. А такие компании, как Nokia, рассматривают возможность таким путем заметно увеличить время работы мобильных телефонов. 7. Биоэлектроника и имплантанты. В 2010 году в этом направлении ожидаются успехи больше в исследовательской области, но эксперты также ожидают появления устройств, готовых к применению в медицине. Мейнстримом направления возможно станут так называемые лаборатории-на-чипе и внедрение в этом сегменте MEMS и биочипов на органике. 8. Резистивная память или мемристоры. Насущная потребность в универсальной памяти, способной хранить данные в течении многих лет, допускать неограниченное число циклов перезаписи и не уступать в скорости DRAM, порождает множество самых разных исследований. На взгляд экспертов наибольшие перспективы в ближайшем будущем у памяти на токопроводящих металлических оксидах (conductive metal oxide, CMOx) и мемристорах. 9. Сквозные кремниевые межсоединения (through silicon via, TSV). Технология позволит значительно уплотнить чипы и существенно снизить энергопотребление. Многие компании уже активно используют этот принцип в производства. Как ожидает EE Times, «прорыв» ожидается в новых сенсорах камер. 10. Различные «батарейные» технологии. По сравнению с полупроводниковыми технологиями традиционные источники питания - батареи и аккумуляторы заметно отстают от прогресса. Тем не менее, уже представлено довольно много разработок, обещающих прогресс в этой области: никель-оксидгидроксидные (nickel oxyhydroxide, NiOOH), оливиновый фосфат лития и железа, с использованием наночастиц и воздушно-цинковые (zinc-air). Может показаться, что обозреватели EE Times незаслуженно «забыли» или отсеяли многие другие перспективные технологии, но выбор десятки делался с учетом на возможность реального использования «номинантов» и вероятном контрасте между сегодняшним днем и следующим годом. Материалы по теме: - 10 переломных событий в жизни Интернета за десятилетие;
- 6 технологий, за которые мир должен благодарить 1960-е;
- Предварительные прогнозы для IT-индустрии на 2010 г.

• EE Times

Исследователи из Корнельского университета заявили о создании оптического резонатора, способного оказывать относительно сильное воздействие на объекты микромира. Ожидается, что оптический нанорезонатор можно будет использовать для усовершенствования конструкций микроэлектромеханических (micro-electromechanical systems, MEMS) и микрооптомеханических (micro-optomechanical systems, MOMS) систем. Ученые считают, что с применением светового луча мощностью порядка нескольких милливатт можно будет не только перемещать объекты, но также изменять оптические свойства кремниевых структур в наномасштабе от непрозрачности к прозрачности. Как и другие электромагнитные волны, свет может быть описан как сочетание электрического и магнитного полей, колеблющихся в перпендикулярном направлении и формирующих периодические максимумы и минимумы потенциальной энергии. Хотя эти колебания весьма слабы, все же они могут влиять на перемещение наночастиц, «сталкивая» их в точки минимумов энергии, и за счет этого равномерно распределяя их по поверхности. Этот принцип используется в «оптических пипетках», или, реже, в «акустических пипетках», для распределения мелких частиц предопределенным способом. В тоже время, для использования в подобных устройствах требуются источники света значительной мощности. Созданная в Корнеле наноконструкция, по мнению ее изобретателей, должна помочь в решении данной проблемы. Она представляет собой «кольцевой резонатор», образованный двумя волноводами, длина окружности которых кратна длине используемого светового излучения. Два световых потока небольшой мощности, проходя через резонатор, за счет взаимодействия друг с другом могут вызывать относительно сильное отталкивание или притяжение, в зависимости от того, будут ли они совпадать по фазе, или находиться в противофазе между собой. Ширина волноводов составляет три микрона, толщина – 190 нм, и они расположены на расстоянии микрона друг от друга. Эффект отталкивания может быть использован в MEMS-устройствах с движущимися частями, в которых существует проблема «склеивания» кремниевых компонентов между собой. Резонатор может «удерживать» их на оптимальном расстоянии, тем самым повышая эффективность работы системы. Изобретение может найти место и в MOMS-устройствах, например, для создания настраиваемых фильтров для определенной длины волны. Материалы по теме: - В 2013 году рынок MEMS-микрофонов перевалит за 1 миллиард устройств;
- Пружины из нанотрубок избавят человечество от аккумуляторов.

• www.gizmag.com

Toshiba заявляет о том что разработала высокочувствительный фоторезист для литографического процесса с применением сверхглубокого ультрафиолета EUV (extreme ultraviolet) при производстве полупроводников. Преимущества материала подтверждены в ходе испытаний с использованием 20-нм техпроцесса. Достижение важно потому, что вместе с увеличением плотности размещения полупроводниковых элементов, когда литографические технологии подходят к 20-нм масштабам, обычные полимерные фоторезисты уже не справляются с возложенными на них задачами. Размеры их молекул и связи между молекулярными цепочками являются ограничителем. К тому же, сегодняшнее оборудование для аргон-фторидной лазерной экспозиции не способно обеспечить требуемых разрешений. Решение – в переходе на EUV-литографию и фоторезист, основанный на низкомолекулярном веществе. При нанесении рисунка полупроводниковых цепей на подложку нужны позитивные и негативные фоторезисты, что позволяет сохранить точность структуры. При позитивном экспонировании подвергшиеся облучению участки удаляются с пластины. При негативном – удаляются участки, не попавшие под излучение. Низкомолекулярный состав Toshiba получила из производного соединения труксена (truxene), который более стоек, чем полимеры. После успешного получения тестового рисунка на подложке в 20-нм масштабе компания намерена продолжить совершенствование молекулярного резиста и его подготовку к выпуску 20-нм высокоинтегрированных LSI-компонентов. Согласно Международному графику полупроводниковых технологий (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS), крупномасштабное производство этого поколения устройств начнётся в 2013 году. Материалы по теме: - Ортогональная литография распахнет двери для органики?;
- Литография "снимает маску" за $14,7 млн;
- IDF 2009: за горизонтом новых технологий.

• www.toshiba.co.jp