ما هو الإلكترونيات النانوية وكيف يعمل؟

يُطلق على مجال الإلكترونيات المنخرطة في تطوير الأسس التكنولوجية والفيزيائية لبناء دوائر إلكترونية متكاملة بأحجام عناصر تقل عن 100 نانومتر الإلكترونيات النانوية. يعكس مصطلح "الإلكترونيات النانوية" بحد ذاته الانتقال من الإلكترونيات الدقيقة لأشباه الموصلات الحديثة ، حيث يتم قياس أحجام العناصر بوحدات ميكرومتر ، إلى عناصر أصغر - بأحجام تصل إلى عشرات النانومترات.

مع الانتقال إلى المقياس النانوي ، تبدأ التأثيرات الكمية في الهيمنة على المخططات ، وتكشف عن العديد من الخصائص الجديدة ، وبالتالي تحدد احتمالات استخدامها المفيد. وإذا كانت التأثيرات الكمومية للإلكترونيات الدقيقة غالبًا ما تظل طفيلية ، لأنه على سبيل المثال ، مع انخفاض حجم الترانزستور ، يبدأ تأثير النفق بالتدخل في تشغيله ، على العكس من ذلك ، فإن الإلكترونيات النانوية ، على العكس من ذلك ، مدعوة لاستخدام مثل هذه الآثار كأساس للإلكترونيات ذات البنية المتناهية الصغر.

كل منا يستخدم الإلكترونيات كل يوم ، وبالتأكيد يلاحظ الكثير من الناس بالفعل بعض الاتجاهات المحددة. تتزايد الذاكرة في أجهزة الكمبيوتر ، وتصبح المعالجات أكثر إنتاجية ، كما أن حجم الأجهزة يتناقص. ما هو السبب في ذلك؟

بادئ ذي بدء ، مع تغيير في الأبعاد المادية لعناصر الدوائر الدقيقة ، والتي يتم بناء جميع الأجهزة الإلكترونية أساسًا. على الرغم من أن فيزياء العمليات لا تزال كما هي اليوم تقريبًا ، إلا أن أحجام الأجهزة أصبحت أصغر وأصغر. يعمل جهاز أشباه الموصلات الكبير بشكل أبطأ ويستهلك طاقة أكثر ، ونانوتريستور - ويعمل بشكل أسرع ويستهلك طاقة أقل.

من المعروف أن كل الأجسام المادية تتكون من ذرات. ولماذا لا تصل الإلكترونيات إلى النطاق الذري؟ هذا المجال الجديد للإلكترونيات سوف يسمح بحل هذه المشاكل التي على قاعدة السيليكون التقليدية فقط من المستحيل في الأساس لحلها.

من الأهمية بمكان وجود الجرافين ومواد أحادية الطبقة مماثلة (انظر المقال - خصائص غير متوقعة للكربون المألوف). مثل هذه المواد ، بسماكة ذرة واحدة ، لها خصائص رائعة يمكن دمجها لإنشاء دوائر إلكترونية مختلفة.

على سبيل المثال ، تتيح التقنيات المتعلقة بمجهر مجس التحقيق إمكانية إنشاء هياكل مختلفة من الذرات الفردية على سطح الموصل في فراغ مفرط للغاية من خلال إعادة ترتيبها. ما ليس الأساس لإنشاء أجهزة إلكترونية أحادية الذرة؟

لقد أثرت عمليات التلاعب بالمادة على المستوى الجزيئي بالفعل على العديد من الصناعات ، فهي لم تتخط الإلكترونيات. تم تصميم المعالجات الدقيقة والدوائر المتكاملة بهذه الطريقة. تستثمر الدول الرائدة في التطوير الإضافي لهذا المسار التكنولوجي - بحيث يتم الانتقال إلى المقياس النانوي بشكل أسرع وأوسع نطاقًا ويحسن أكثر.

بالمناسبة ، تم بالفعل تحقيق بعض النجاحات. أعلنت شركة إنتل في عام 2007 أنه تم تطوير معالج يعتمد على عنصر هيكلي بحجم 45 نانومتر (قدمته شركة فيا نانو) وستكون الخطوة التالية هي الوصول إلى 5 نانومتر. IBM ستحقق 9 نانومتر بفضل الجرافين.

أنابيب الكربون النانوية (الجرافين) - واحدة من المواد النانوية الواعدة للإلكترونيات. إنها لا تسمح فقط بتقليل حجم الترانزستورات ، بل تتيح أيضًا للالكترونيات خصائص ثورية حقًا ، ميكانيكية وبصرية على حد سواء. الأنابيب النانوية لا فخ الضوء ، هي النقالة ، والحفاظ على الخصائص الإلكترونية للدوائر.

يتطلع المتفائلون المبدعون بشكل خاص بالفعل إلى إنشاء أجهزة كمبيوتر محمولة يمكن سحبها من الجيب مثل الجريدة أو ارتداؤها في شكل سوار من جهة ، وإذا أمكن ، يمكن توسيعها مثل الجريدة ، وسيكون الكمبيوتر بالكامل مثل سمك ورقة شاشة لمس عالية الدقة قابلة للطي.

هناك احتمال آخر لتطبيق تقنية النانو واستخدام المواد النانوية وهو تطوير وإنشاء محركات الأقراص الصلبة من الجيل التالي.في عام 2007 ، حصل ألبرت فيرث وبيتر جرونبيرج على جائزة نوبل لاكتشاف التأثير الميكانيكي الكمومي للمقاومة المغناطيسية الفائقة (تأثير GMR) ، عندما تغير أفلام رقيقة من المعدن من طبقات موصلة ومغناطيسية مغنطيسية بشكل كبير مقاومتها المغناطيسية مع تغير الاتجاه المغنطيسي للمغناطيس.

من خلال التحكم في مغنطة الهيكل بمساعدة مجال مغناطيسي خارجي ، من الممكن إنشاء مجسات دقيقة للغاية للمجال المغنطيسي وتنفيذ مثل هذا التسجيل الدقيق على حامل المعلومات بحيث تصل كثافة التخزين إلى المستوى الذري.

لم يتم تجاوز الإلكترونيات النانوية والبلازما. الاهتزازات الجماعية للإلكترونات الحرة داخل المعدن لها طول موجة رنين بلازم مميز حوالي 400 نانومتر (لجسيم فضي بحجم 50 نانومتر). في عام 2000 ، بدأ تطوير علم النانو ، في عام 2000 ، عندما تسارع التقدم في تحسين تكنولوجيا إنشاء الجسيمات النانوية.

اتضح أن الموجة الكهرومغناطيسية يمكن أن تنتقل على طول سلسلة من الجسيمات النانوية المعدنية ، وتذبذبات البلازمون المثيرة. ستتيح مثل هذه التقنية إدخال دوائر منطقية في تكنولوجيا الكمبيوتر التي يمكن أن تعمل بشكل أسرع وتمرير مزيد من المعلومات أكثر من الأنظمة البصرية التقليدية ، وسيكون حجم الأنظمة أصغر بكثير من الدوائر البصرية المقبولة.

القادة في مجال الإلكترونيات النانوية والإلكترونيات بشكل عام هم اليوم تايوان وكوريا الجنوبية وسنغافورة والصين وألمانيا وإنجلترا وفرنسا.

يتم تصنيع أحدث الإلكترونيات في الولايات المتحدة الأمريكية اليوم ، وتايوان هي أكبر منتج للالكترونيات عالية التقنية ، وذلك بفضل استثمارات الشركات اليابانية والأمريكية.

تعتبر الصين رائدة تقليدية في مجال إلكترونيات الميزانية ، لكن الوضع هنا يتغير تدريجياً: العمالة الرخيصة تجتذب المستثمرين من شركات التكنولوجيا الفائقة التي تخطط لإنشاء إنتاجها النانوي في الصين.

روسيا لديها أيضا إمكانات جيدة. تتيح القاعدة في مجال الميكروويف ، وهياكل الإشعاع ، وكاشفات الضوء ، والألواح الشمسية ، وإلكترونيات الطاقة ، من حيث المبدأ ، إنشاء مدن لعلوم النانو وتطويرها.

هذه الإمكانية تتطلب الظروف الاقتصادية وتنظيم البحوث الأساسية والتطوير العلمي. كل شيء آخر هو: القاعدة التكنولوجية والموظفون الواعدون والبيئة العلمية المؤهلة. هناك حاجة إلى استثمارات كبيرة فقط ، وغالبًا ما يكون هذا بمثابة كعب أخيل ...

مثال على تطبيق تكنولوجيا النانو:Nanoantennas لتلقي الطاقة الشمسية