Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

Есть ли у жестких дисков реальные конкуренты?

Одним из важнейших компонентов современной вычислительной системы, будь то персональный компьютер, мобильный телефон, игровая консоль, или даже мощный суперкомпьютер, является система хранения информации, позволяющая записывать и считывать необходимые данные для их последующей обработки. Почти с самого рождения компьютеров - с пятидесятых годов прошлого века - для хранения информации использовались жесткие диски на основе магнитных пластин. Особенностью этого типа устройств хранения информации, которая обеспечила повсеместное применение жестких дисков в компьютерах, является их энергонезависимость, то есть, возможность хранения данных в течение неограниченного времени. Сегодня жесткие диски по-прежнему доминируют на рынке устройств хранения информации. Ситуация вряд ли изменится в течение последующих десяти лет - к 2020 году жесткие диски 2,5-дюймового форм-фактора увеличатся в объеме до 14 Тб и будут стоить, по оценкам специалистов, около $40. Сегодня все чаще раздаются голоса тех, кто утверждает о скором засилье флеш-памяти. Ведь ее сильными сторонами являются: низкая потребляемая мощность, высокая скорость чтения данных, надежность хранения информации в виду отсутствия механических компонентов. Однако стоимость одного гигабайта дискового пространства в случае флеш-накопителей оказывается в десять раз выше стоимости одного гигабайта на магнитной пластине. Самое главное, что такое соотношение сил вряд ли вообще изменится - себестоимость микросхем флеш-памяти постоянно снижается, но и разработчики жестких дисков не сидят на месте. Это означает, что вряд ли флеш-память можно рассматривать в качестве серьезного конкурента для винчестеров. Но какие технологии все же смогут соперничать на равных с магнитной записью информации? Кандидаты на замену винчестерам должны обладать следующими свойствами: быть энергонезависимыми и иметь стоимость единицы дискового пространства, сравнимую со стоимостью дискового пространства жестких дисков. Пока на горизонте виднеются лишь две технологии, которые потенциально способны дать бой магнитным пластинам - это память на основе фазовых переходов (Phase Change Random Access Memory - PCRAM) и STTRAM-память (Spin Transfer Torque Random Access Memory), в основе которой лежит процесс изменения магнитных параметров многослойной структуры под действием токов определенных свойств. Память на основе фазовых переходов основывается на уникальных свойствах некоторых веществ, в частности, халькогенидного стекла, менять свое состояние с кристаллического на аморфное, и наоборот, под действием температуры. Основные достоинства этого типа памяти заключаются в возможности создавать крайне небольшие ячейки хранения информации, которые, к тому же, могут хранить несколько бит данных. Другими словами, разработчики могут создавать устройства с высокой плотностью размещения информации и низкой стоимостью единицы дискового пространства. Самое главное, что на рынке уже начинают появляться первые коммерческие продукты на основе технологии фазового перехода. В частности, PCRAM-устройства выпускает компания Numonyx, совместное предприятие Intel и ST Microelectronics. Что касается STTRAM-памяти, то здесь ситуация пока остается довольно туманной. На текущий момент исследования еще не вышли из стен лабораторий, но согласно первым результатам работы ученых, STTRAM-память обещает обладать высочайшей эффективностью (потребуется минимальное количество энергии для перевода ячейки памяти из одного стабильного состояния в другое). Если разработчикам удастся создать память, способную хранить несколько бит информации, то устройства хранения информации на основе технологии STTRAM смогут похвастать и высокой плотностью размещения данных. Впрочем, пока необходимо дождаться первых готовых образцов STTRAM-памяти, чтобы с большей уверенностью говорить о ее преимуществах. Помимо двух указанных технологий исследователи работают над целым рядом других подходов к созданию энергонезависимых устройств хранения информации. Среди них значатся и ферроэлектрическая память, и множество типов памяти на основе углеродных нанотрубок, голографическая память, резистивная память, и даже молекулярный и полимерный тип памяти. Однако все они находятся еще дальше от воплощения в жизнь, нежели представленные выше технологии. Какая из них сможет тягаться с жесткими дисками, основы которых разработаны более полувека назад, покажет время.

Быстрый переход

Опасность нанотехнологий. Реальны ли угрозы?

О нанотехнологиях сегодня говорят все – учёные, политики, продавцы в магазинах, навязывая термопасту с наночастицами… Конечно, не будь у последних большого потенциала, такого широкого распространения достижения в сфере наномира не смогли бы получить, а институты и лаборатории не оперировали бы миллионными грандами. Да никто, в общем-то, и не оспаривает претензию новой области знаний на участие в конструировании будущего человечества. Проблема в другом: как бы за всей высокотехнологичной эйфорией, подогреваемой почти ежедневными новостями о новых открытиях и изобретениях, не пропустить этап оценки всех последствий влияния наночастиц на человека.
Наночастицы
Поводом для понятия темы научной средой стала опубликованная на прошлой неделе 28-страничная статья Федерального агентства по охране окружающей среды (Federal Environment Agency, UBA) Германии, после которой различные издания запестрели заголовками наподобие "Нанотехнологии могут вызывать заболевания", "Первое официальное предупреждение из Германии", "Немецкое агентство по охране окружающей среды агитирует против нанотехнологий" и тому подобными. Однако сами официальные лица UBA заявили, что информация просто была неверно истолкована. Материал совсем не является предупреждением или новым исследованием – лишь пояснением позиции государственного органа. Нанотехнологии, позиционируемые в качестве едва ли не Чаши Грааля технологической индустрии XXI века, к 2020 году будут оцениваться триллионами евро в глобальном масштабе. Их объект исследований – это материалы в масштабе атомов и молекул. В переводе с греческого "нано" буквально означает "очень маленький" или "карликовый", а с приставок системы СИ – 10-9 м. На самом деле, подобные материалы уже давно сошли с "предметных стёкол" электронных микроскопов и успешно покорили рынок коммерческих продуктов – от косметических средств защиты против ультрафиолетового излучения и ухода за кожей до военного сектора и помощи в очистке стен от граффити. Даже в производстве кетчупов и теплозащитной краски используются наработки занятых в исследованиях нанотехнологий коллективов учёных и компаний. "Мы даже не знаем точного количества продуктов с содержанием наночастиц, - говорит представитель UBA Вольфганг Дабберт (Wolfgang Dubbert). Потребители не могут их избежать. – Соответствующая маркировка не предусмотрена". Тем не менее, вспыхнувшая после публикации полемика идёт не в том направлении. "Нельзя говорить только о риске – нужно видеть и возможности", - добавляет чиновник. По данным UBA, только в Германии 800 компаний занимаются нанотехнологиями.
Нанотрубки
В материале агентства "Нанотехнологии для людей и окружающей среды: повышая шансы, снижая риски" ("Nanotechnology for Humans and the Environment: Increasing Chances, Minimizing Risks") освещается множество предложений в данной сфере. Например, специалисты призывают регистрировать продукцию, использующую нанотехнологии, а покупателям предоставить право выбора путём нанесения на упаковку информации о том, что данный товар содержит наночастицы. В то же время не отвергается наличие перспектив как для бизнеса, так и для защиты окружающей среды и здравоохранения. Путём применения новых синтетических материалов, модифицированных с помощью нанотехнологий, снижается масса автомобилей и воздушного транспорта, а следовательно, экономится топливо. "Нанотехнологии имеют неоспоримый потенциал и уже применяются для решения многих прикладных задач", - говорит эксперт Рене Циммер (René Zimmer). Однако даже осторожная критика со стороны UBA остаётся частью общественного восприятия. "Учитывая растущее использование искусственных наноматериалов, необходимо брать во внимание их появление в почве, воде и воздухе, - отмечается в статье. – До сих пор ощущается недостаток в методах тестирования для установления связанных с наноматериалами рисков и должного наблюдения за ними". Всего два небольших исследования проведены относительно угрозы здоровью, поэтому в знаниях об этих аспектах технологий присутствуют громадные пробелы.
Наночастицы золота
В данный момент в Германии действуют три программы изучения безопасности нанотехнологий: Nanocare – основана Министерством образования и исследований и сосредоточена на 11 разнообразных материалах; Nanonature - изучает экологические и токсикологические эффекты нанотехнологий; Dana – в её рамках будут объединяться все данные по тематике. Однако могут пройти годы, прежде чем основательные исследования дадут ожидаемые ответы. По этой причине UBA в статье призывает к принудительной регистрации продуктов с нанотехнологиями с целью "увеличения прозрачности". Действующие в ЕС нормативы предписывают регистрацию химических соединений, и то же самое должно касаться нанопродукции. Агентство намерено разработать систему маркирования, которая была бы информативной, но не содержала намёков на недоказанную пока опасность. Дебаты вокруг статьи UBA развиваются как раз в тот момент, когда появился доклад из Боннского университета (Bonn University), свидетельствующий о том, что среднестатистический человек слабо разбирается в сути предмета спора. Около тысячи опрошенных исследователями немцев позитивно принимают нанотехнологии. Многие потребители надеются на решение с их помощью важных проблем в медицине или окружающей среде. Опасения, как в случае с генетикой или атомной энергетикой, далеко не на первом месте. Тем временем, некоторые исследования всё же показывают вероятность вреда от компонентов в наномасштабе. Так, Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (National Institute for Occupational Safety and Health), Великобритания, обнаружил, что когда мыши вдыхают углеродные нанотрубки, они получают поражение лёгких, схожее с последствиями действия асбеста. Но это состояние в конечном счёте проходит. А согласно утверждению одной из теорий, наноматериалы могут негативно воздействовать на ДНК. Большинство же учёных не спешат делать выводы до появления полноценной информации о предмете дискуссии. Те же авторы исследования с участием мышей призывают к большей прозрачности индустрии нанотехнологий. Относительно недавно американский Национальный совет по исследованиям (National Research Council) и британская Королевская комиссия по загрязнению окружающей среды (Royal Commission on Environmental Pollution) также указывали на недостаток данных о потенциальной угрозе нанотехнологий. А Европарламент выразил необходимость в разработке чётких правил и нормативов в данной сфере. Материалы по теме: - Наноиглы улучшат характеристики и лазеров, и солнечных ячеек;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти;
- IT-Байки: солнечное электричество из нанотрубок.

Наноантенны для высокоскоростных сетей передачи данных

Изобретенные в конце XIX века дипольные антенны не утратили своей актуальности и по сегодняшний день. С другой стороны, в беспроводных сетях наблюдается тенденция к постоянному увеличению рабочих частот, что позволяет передавать больше информации за единицу времени. При таких условиях создание дипольной антенны с физическими размерами, соответствующими половине длины волны, начинает требовать применения нанотехнологий. Свое решение этой задачи предложил Технологический институт Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT), исследователи которого разработали методику создания наноантенн из золота с размером менее 100 нм, пригодных для использования в диапазонах частот 100 ГГц и выше.
нанодиполи под микроскопом
Сообщается, что для создания наноструктур с требуемым уровнем точности исследователи применили электронно-лучевую литографию, позволившую вплотную приблизиться к физическому порогу теоретически возможных размеров наноантенн. С их помощью становится возможным не только передавать данные на частотах видимого светового излучения, но также исследовать живые ткани на уровне отдельных биологических молекул. Кроме того, они могут служить инструментальными средствами для получения информации о наноструктурах полупроводников и сенсоров. Исследователи отметили также безопасность излучений с длиной волны от 1000 до 400 нм для людей, животных и растений. Материалы по теме: - Электричество из теплоты — серьезная альтернатива солнечным ячейкам;
- На заре радиовещания.

Есть ли будущее у жестких дисков?

SSD имеют ряд неоспоримых преимуществ перед HDD, и в секторе потребительских компьютеров они будут постепенно вытеснять "собратьев" на жёстких магнитных дисках. Даже малое количество циклов записи, из-за которого флеш-накопители используют преимущественно для требующих быстрой загрузки приложений (в том числе ОС), не станет помехой: в лабораториях этот критический параметр постепенно увеличивают. Тем не менее, и винчестеры продолжают совершенствоваться. Уже преодолены 2 Тб на устройство, а профессор из Университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University) трудится над технологией, которая обещает стать "тёмной лошадкой" в гонке будущих HDD со сверхвысокой плотностью хранения данных. Джимми Жиан-Ган Жу (Jimmy Jian-Gang Zhu) разрабатывает прототип метода магнитной записи с применением микроволн (microwave-assisted magnetic recording, MAMR), которая позволит достигнуть 3 Тбит/дюйм2.
MAMR
Слева - магнитное поле без микроволн; справа - колеблющееся поле вращается против часовой стрелки
Ранее Seagate Technology и TDK добились неплохих результатов в работе над повышением характеристик дисков благодаря магнитной записи с применением нагрева (heat-assisted magnetic recording, HAMR), использующей миниатюрные лазеры на каждой головке HDD. Луч от них нагревает область пластины непосредственно перед операцией записи в неё данных. Конкурент компаний - Hitachi Global Storage Technologies – обращает внимание на расположение дорожек и даже отдельных битов. Обе технологии могут понадобиться, чтобы вывести на рынок устройства с плотностью записи 10 Тбит/дюйм2 и выше. В поставляемых сегодня накопителях благодаря перпендикулярной записи этот показатель составляет около 530 Гбит/дюйм2. Согласно мнению некоторых аналитиков, индустрия должна в течение ближайшего года определиться с направлением дальнейшего развития технологий, которые позволят отодвинуть "непреодолимый" барьер за 1 Тбит/дюйм2.
MAMR
Перпендикулярное записывающее магнитное поле и микроволновое поле (показано чёрным)
Обе разработки Seagate и Hitachi GST подходят на роль "спасителей" конкурентоспособности будущих HDD и добавят к их стоимости приблизительно равные суммы. Но Жу считает, что добьётся аналогичных характеристик дисков при меньшей стоимости конечных продуктов. "Индустрии нужна экспериментальная лабораторная демонстрация, чтобы убедиться в возможности выпускать такие устройства и в их производительности", - поясняет Жу. MAMR использует явление ферромагнитного резонанса. Головка чтения/записи излучает микроволны, на частоте которых вектор намагничивания будет прецессировать вокруг внешнего магнитного поля при его переключении. Колеблющееся магнитное поле с круговой поляризацией на правильной частоте добавляет энергию, что упрощает запись битов. Направленное микроволновое поле генерируется набором работающих на переменном токе тонких магнитных плёнок, встроенных в головку. Как объясняет учёный, к последней нужно добавить несколько слоёв материала, а производственный процесс усложнится на 10%. Взамен MAMR станет "как минимум немалым достижением на пути к увеличению ёмкости накопителей".
MAMR
На симуляции слева - биты записаны традиционным способом; справа - с применением MAMR
Управляющие исследовательскими отделами компаний Seagate и Hitachi заявили, что в их области интересов находятся HAMR и структурированные носители (patterned media), а MAMR рассматривается как более отдалённая перспектива. Отчасти так сложилось по причине уже продвинувшихся до некоторой степени разработок в области HAMR. Лазерный диод для каждой головки диска обходится в 30-40 центов. И хотя Seagate, например, ещё не смогла интегрировать лазер должным образом, это не станет существенным препятствием. Как считает вице-президент компании по вопросам технологий записи данных Марк Ре (Mark Re), есть ведь опыт производителей DVD-плееров, интегрирующих лазерные диоды в очень дешёвые устройства. В противоположность этому, технология структурирования подразумевает несколько новых техпроцессов и соответствующее оборудование (например, для литографии с нанопечатью). Оценка финансовых затрат в том числе будет положена в основу выбора направления дальнейших исследований. От выбора так или иначе зависит вся инфраструктура производственного цикла, поэтому в конце концов основные игроки рынка найдут общее решение. Сегодня же из технологии перпендикулярной записи выжимают максимум, чтобы продлить её использование на как можно больший срок. По словам Ре, её хватит ещё на несколько поколений продуктов, а точка перехода ожидается приблизительно в 2012 году. Материалы по теме: - Полк 2-Тб накопителей пополнит Deskstar от Hitachi;
- TDK освоила 1 терабит на квадратный дюйм;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти.

Источник:

Кристаллы соли усовершенствуют цифровую память

В каком направлении развиваются технологии хранения информации? Единственного и короткого ответа нет. В эту сферу входят разработки на основе графена, голографии, нанотрубок, монополей и других инноваций. Теперь к этому списку можно добавить кристаллы, которые, как утверждают учёные, способны хранить в 100 раз больше данных, чем существующие сегодня системы. Известие пришло от исследователей из Университета Эдинбурга (University of Edinburgh), которые с помощью лазеров с низкими энергиями излучения сформировали кристаллы соли в геле. Предполагается, что через десятилетие на устройство объёмом в один кубик сахара можно будет записать терабайт. Такой ёмкости достаточно для 250 тыс. цифровых фотографий или миллиона книг.
Соль
Многие учёные называют создание твёрдых кристаллов из соли своего рода "магией", поскольку этот процесс сложно контролировать. В ограниченном пространстве нужно собрать критическую массу молекул, слабо поддающуюся управлению. Британским исследователям удалось обойти проблему путём фокусировки двух перекрывающихся низкоэнергетических лазерных лучей на растворе соли. Этого оказалось достаточно для формирования кристалла. По словам доктора химических наук Энди Александера (Andy Alexander), технология поспособствует усовершенствованию привычных методов хранения информации на оптических носителях, таких как CD. В отличие от двумерных дисков, в трёхмерных устройствах используется намного больше слоёв, и миниатюрные кристаллы увеличат плотность записи, которая будет осуществляться так же, как в обычных приводах – созданием "ямок" на поверхности, представляющих отдельные биты. "Эта разработка построена на сделанном случайно много лет назад открытии, когда была обнаружена способность света регулировать выращивание кристаллов", - поясняет Александер. Теперь же технология модифицирована для получения желаемых кристаллических структур. Но прежде чем лабораторные эксперименты воплотятся в готовое устройство хранения, должно пройти около десятилетия. Материалы по теме: - Открыто магнетричество – магнитное электричество;
- TDK освоила 1 терабит на квадратный дюйм;
- /editorial/it_nanolight.

Источник:

Чип размером с ноготь сможет хранить 20 DVD

Инженеры из Университета Северной Каролины (North Carolina State University) создали новый материал, который позволит хранить в компьютерном чипе размером с ноготь эквивалент 20 DVD или 250 млн страниц текста – во много раз больше сегодняшних систем компьютерной памяти. Возглавляемая профессором материаловедения и инженерии и директором Национального научного центра передовых материалов и интеллектуальных структур (National Science Foundation Center for Advanced Materials and Smart Structures) Джагдишем Нараяном (Jagdish Narayan) команда совершила прорыв с помощью процесса избирательного добавления примесей, изменяющих свойства материалов. Результаты также обещают большую экономию топлива транспортными средствами и снижение выделяемого полупроводниками тепла.
Спинтроника
Работая на уровне наномасштаба, исследователи добавили никель в оксид магния. Итоговый материал содержит кластеры из атомов никеля размером до 10 нм2 - на 90% меньше, чем было возможно до сегодняшнего дня. "Вместо чипа, способного хранить 20 Гб, у вас будет такой же, но в 50 раз более ёмкий", - утверждает Нараян. Устройства хранения – это не единственная область применения разработки. Керамика с металлическими включениями позволяет создать новое поколение керамических двигателей, выдерживающих вдвое большие температуры по сравнению с обычными и экономно расходующих топливо. А с увеличением теплопроводности материал возможно будет использовать в устройствах, работающих на альтернативной энергии, такой как солнечная. Технология учёных также приносит новые знания в спинтронику – область электроники, где используются квантовые свойства частиц. Сегодня энергия в основном передаётся посредством тока электронов по проводникам с известным побочным эффектом в виде потерь на их нагревании. Но энергия, получаемая с помощью спиновой электроники, лишена этого недостатка. Инженеры смогли манипулировать наноматериалом, а это потенциально позволит контролировать спины электронов. Для полупроводников нового поколения эффект является многообещающим. Материалы по теме: - Мультиферроик как будущее спинтроники;
- Будущее устройств хранения - трёхмерная графитовая память;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти.

Источник:

На пороге сверхскоростей - плазмонная электроника

Команда европейских исследователей продемонстрировала первые коммерчески применимые плазмонные (плазмоны – квазичастицы колебаний свободных электронов) устройства, прокладывая тем самым путь к новой эре высокоскоростных коммуникаций и вычислений, где электронные и оптические сигналы передаются одновременно. Передовые разработки, которые воплотятся в конечные продукты в течение следующего десятилетия, применяют для передачи сигналов по тем же металлическим электрическим цепям возмущения поверхностных плазмонов и возникающие в результате поляритоны (поляритон – это квазичастица, появляющаяся при взаимодействии электромагнитных волн и возбуждений среды). Обычные же электронные системы, как известно, базируются на токе электронов, а фотоны используются в оптических системах.
На пороге сверхскоростей - плазмонная электроника
Технология плазмонов объединяет преимущества оптоволокна с высокоскоростной передачей данных и компактные габариты микроэлектронных компонентов. Она обещает появление компьютерных чипов со сверхвысоким быстродействием. Как объясняет исследователь Королевского университета Белфаста (The Queen's University of Belfast) Анатолий Заяц (Anatoly Zayats), за последние пять лет стало возможным создание оптического чипа, но со всеми остальными оптическими компьютерными элементами система будет занимать объём полметра на полметра и потреблять огромное количество энергии. С плазмоникой можно уложиться в габариты обычного ПК, обладающего при этом оптическим быстродействием. Тем не менее, до сих пор инновационные устройства были ограничены слишком короткими дистанциями распространения плазмонных сигналов. Именно эту проблему решила команда Зайца. В основе плазмонной передачи данных лежат колебания электронной плотности на границе двух материалов: непроводящей плазмы или полимера и металлической поверхности. Возбуждая электроны световым излучением возможно распространить высокочастотные волны плазмонов по металлическому проводнику или волноводу. Но во многих случаях сигнал разрушается после нескольких микрометров – слишком короткой дистанции для соединения, например, компьютерных чипов. Исследователи проекта Plasmocom предложили инновационное решение, разрабатывая плазмонно-поляритонные волноводы с поверхностью из диэлектрика (dielectric-loaded surface plasmon polariton waveguides, DLSPPW). Формируя слой из полимерного (полиметилметакрилат) диэлектрика на золотой плёнке, расположенной на стеклянной подложке, учёным удалось получить волноводы 500-нм длины с увеличенным распространением сигналов. Затем группа смогла реализовать целый ряд плазмонных устройств, включая Y-сплиттеры и кольцевой резонатор – ключевые части мультиплексоров ввода/вывода (add-drop multiplexers, ADM) в оптических сетях, которые объединяют и разделяют потоки данных на единичные сигналы. Тогда как нынешние коммерческие кольцевые резонаторы имеют радиус до 300 мкм, у плазмонных аналогов этот показатель составляет всего 5 мкм. По словам Зайца, устройства практически на 100% совпали с моделями и показывают отличные характеристики. К тому же, сохраняется потенциал дальнейшего уменьшения размеров. Что важно, технология Plasmocom позволяет создавать устройства с применением распространённых литографических техпроцессов. "Другие группы добились таких же или даже лучших результатов, но используемые ими процессы обычно очень комплексны и сложны для воспроизведения в промышленном масштабе, - поясняет Заяц. – Наша технология не самая компактная, но она ближе к рынку". В настоящий момент партнёр исследователей французский чипмейкер Silios Technologies составляет план коммерциализации, который подразумевает самостоятельное производство плазмонных компонентов или лицензирование технологии одному из гигантов индустрии. По словам Зайца, интерес к разработке проявляют как академические круги, так и игроки рынка, в том числе NEC и Panasonic. Материалы по теме: - IT-Байки: Электроника-2020 – жизнь после смерти кремния;
- IT-байки: На ближних подступах к эре графеновой электроники;
- Через 100 лет прекратится рост скорости компьютеров.

Источник:

Открыто магнетричество – магнитное электричество

Впервые экспериментально продемонстрирован магнитный аналог электричества – так называемое "магнетричество" ("magnetricity"). Так же, как электроны создают электрический ток, отдельные южные и северные магнитные полюса способны генерировать магнитный "ток". Результат может послужить основой для разработки "магнетроники", включая компьютерную память в наномасштабе.
Кристаллический материал спиновый лёд
В обычном состоянии магнит имеет два неразрывно связанных полюса. Разделение магнита надвое приведёт лишь к появлению двух новых с собственными северным и южным полюсами. Эффект повторится, даже если измельчить его до атомов, потому как каждый из них способен вести себя как микроскопический магнит. Однако согласно теории физиков монополи – квазичастицы с отдельными независимыми северным или южным полюсами - могут формироваться внутри кристаллического материала, называемого спиновым льдом. Спиновый лёд – это вещество, в котором при очень низких температурах спины ионов выстраиваются в определённом порядке. Отдельные частицы по-прежнему будут обладать двумя полюсами, но изменения в ориентации последних могут распространяться в материале и выглядеть как перемещение магнитных полюсов, которые и будут проявлять свойства монополей при измерениях. В сентябре две команды физиков облучили нейтронами спиновый лёд из включающего титан состава, охлаждённого почти до абсолютного нуля. Поведение нейтронов подтвердило присутствие монополей.
Титанат диспрозия с выстроенными ионами
Теперь же другая команда учёных решила впервые измерить магнитный "заряд" монополей и магнитный аналог тока. Взаимодействие монополей было названо "магнетричеством". Эксперимент возглавил Стивен Бромвелл (Steven Bramwell) из Лондонского центра нанотехнологий (London Centre for Nanotechnology). В команду вошёл также Том Феннелл (Tom Fennell) из Института Лауэ-Ланжевина (Laue-Langevin Institute) в Гренобле, сообщивший о сентябрьских результатах. Чтобы получить больше информации о монополях, чем было доступно ранее, Бромвелл поместил в спиновый лёд мюоны (неустойчивые частицы с отрицательным зарядом). При распаде через миллионные доли секунды они излучали позитроны, распространявшиеся в направлении магнитного поля внутри льда. Оказалось, что монополи не только присутствовали, но и перемещались, создавая магнитный ток. Величина измеренного заряда монополей составила около 5 магнетонов Бора на ангстрем – близко к теории, предсказывавшей 4,6. В отличие от фиксированного заряда электронов магнитный изменяется с температурой и давлением. Шивайи Сонди (Shivaji Sondhi) из Принстонского университета (Princeton University) в Нью-Джерси назвал открытие "триумфом экспериментальной работы". Монополи в спиновом льду не аналогичны космическим монополям – фундаментальным теоретическим частицам, появившимся в результате большого взрыва и пока не обнаруженным. Ожидать генераторов энергии на основе "магнетричества" или лампочек не стоит. Тем не менее, Бромвелл рассуждает, что однажды монополи можно будет использовать как намного более компактную форму памяти, чем какая-либо из доступных сегодня, поскольку монополи имеют близкий к атому размер: "Технология на ранней стадии, но кто знает, какое применение магнитному электричеству найдётся через 100 лет". Материалы по теме: - Самый мощный магнит для МРТ весит 45 тонн;
- IT-Байки: Электроника-2020 – жизнь после смерти кремния;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти.

Источник:

Разработан принцип молекулярного диода

В мире электроники диоды являются универсальными и широко распространенными компонентами. В различном виде они используются в огромном числе устройств и продуктов полупроводниковой промышленности. Создание компонентов, использующих более компактные, дешевые, быстрые, а также более эффективные диоды, является одной из главных задач электроники, и теперь ее решение перешло на наноуровень — ученые Университета Аризоны (Arizona State University) нашли способ создания ключевого компонента в сверхмалом масштабе. Меньший размер предполагает меньшую стоимость и более высокие характеристики электроники. Если первые поколения ЦП компьютеров использовали несколько тысяч транзисторов, то сейчас даже самый простой процессор использует миллионы транзисторов на одном чипе. Это говорит о значительном прогрессе кремниевых технологий. При этом процесс уменьшения размеров все сильнее усложняется, а известный закон Мура, в конечном счете, неминуемо должен столкнуться с физическими ограничениями. Размер транзистора исчисляется десятками нанометров, что лишь в 20 раз больше размеров одной молекулы. Это одна из причин, почему исследователи и разработчики проявляют интерес к идее молекулярной электроники. Идея преодоления ограничений кремния при помощи основанных на молекулах элементов не нова. Еще в 1974 г. химики-теоретики Марк Ратнер (Mark Ratner) и Ари Авирам (Ari Aviram) предложили использовать молекулы в качестве диодов в электронике, и уже более 30 лет люди по всему миру прилагают усилия к осуществлению этой задачи. Большинство попыток к настоящему времени связаны с использованием нескольких молекул, молекулярными тонкими пленками. И лишь совсем недавно были предприняты серьезные усилия для преодоления препятствий к созданию мономолекулярной структуры. В общем случае диоды — это элементы, пропускающие электрический ток в определенном направлении. Чтобы молекула могла вести себя подобным образом, она должна быть физически асимметрична, один ее конец должен быть способен образовывать ковалентные связи с отрицательно заряженным анодом, а другой — с положительным катодом. Новое исследование сравнивает симметричные и несимметричные молекулы по способности к передаче электронов. В случае симметричной молекулы имеет место движение тока в обоих направлениях, как в обычном резисторе.
Разработан принцип молекулярного диода
Метод, разработанный группой исследователей, опирается на принцип модуляции переменного тока. К молекуле прикладывают небольшие периодически изменяющиеся механические возмущения. При этом учеными были использованы спаренные молекулы, атомы которых связаны между собой однократными и многократными связями. Такие молекулы обладают большим электрическим сопротивлением и имеют несимметричные концы, которые способны спонтанно формировать ковалентные связи с металлическими электродами для замыкания цепи. По мнению авторов проекта, результаты этого исследования повышают шансы на появление мономолекулярных диодов, самых крошечных из созданных ранее устройств. "Теперь у нас появилась возможность следить за отдельной молекулой и управлять ею. Мы можем, прикладывая напряжение, механическую силу или оптическое поле, измерять ток и фиксировать отклик. А поскольку квантовая физика регулирует поведение отдельных молекул, это позволит изучать свойства, отличающиеся от обычных устройств", — говорит участник исследования Нонджан Тао (Nongjian Tao). Кроме того, связующие свойства между молекулами делают их привлекательными кандидатами для нового поколения химических сенсоров. Другими словами, молекулярная электроника интересна не только тем, что может заменить кремний, а тем, что это направление позволит дополнить кремниевые устройства новыми разработками. Материалы по теме: -Создан диод с односторонней передачей тепла;
-«Молекулярный» свет лампочки будущего;
-Система безопасности на молекулярном уровне.

Создан диод с односторонней передачей тепла

Как хорошо известно сколько-нибудь понимающим в компьютерной "начинке" и электронике пользователям, микропроцессоры нуждаются в хорошем охлаждении. Обойти проблему не получится - законы физики неумолимы даже к миллиардам долларов чипмейкеров. Однако на пороге способ, который может позволить контролировать нагрев элементов. Ватару Кобаяши (Wataru Kobayashi) из Университета Васеды (Waseda University) в Японии и несколько его коллег создали выпрямитель с распространением тепла в нём только в одном направлении. Некоторое время исследователи предполагали, что тепловые выпрямители возможны с появлением соединений, тепловая проводимость которых изменялась бы вместе с температурой. А именно задача в том, чтобы найти материал с высоким значением этого параметра при низких температурах и наоборот – слабой тепловой проводимостью при высоких, а затем объединить с материалом, обладающим в точности противоположными свойствами.
Создан диод с односторонней передачей тепла
Вверху: схематическое изображение необходимой выпрямлению тепловой проводимости; внизу: диаграммы теплового выпрямления в связанных материалах
Кобаяши обнаружил искомые характеристики в двух типах оксида кобальта с перовскитовой структурой (LaCoO3 и La0.7Sr0.3CoO3). Объединённые вместе, они формируют похожее на диод устройство, которое пропускает тепло только в одном направлении. Это впечатляет, потому как впервые продемонстрировано тепловое выпрямление в относительно крупном твёрдом теле (ранее эффект наблюдался с индивидуальными электронами в суперпроводниках и одиночных нанотрубках). Одно из очевидных применений новой разработки заключается в борьбе с нагревом микросхем. Но Кобаяши смотрит ещё дальше: "Применяемый для контроля теплового потока, выпрямитель может быть полезен для будущей реализации тепловых транзисторов, логических вентилей и памяти". Однако сам учёный пока не посвящает публику в своё видение тепловых вычислений. Материалы по теме: - COLED - новая технология органических диодов;
- Создан лазер для записи Blu-ray на скорости 12x;
- IT-байки: Пластиковые транзисторы в фонтанах ультрафиолета.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥