Što je nanoelektronika i kako funkcionira

Područje elektronike koja se bavi razvojem tehnoloških i fizičkih temelja za izgradnju integriranih elektroničkih sklopova veličina elemenata manjih od 100 nanometara naziva se nanoelektronika. Sam pojam "nanoelektronika" odražava prijelaz iz mikroelektronike modernih poluvodiča, gdje se veličine elemenata mjere u jedinicama mikrometra, do manjih elemenata - veličine desetaka nanometara.

S prelaskom na nanoclave, kvantni efekti počinju prevladavati u shemama, otkrivajući mnoga nova svojstva i, sukladno tome, označavaju izglede za njihovu korisnu upotrebu. A ako su za mikroelektroniku kvantni efekti često ostali parazitski, jer, primjerice, smanjenjem veličine tranzistora, efekt tunela počinje ometati njegov rad, onda se nanoelektronika, naprotiv, poziva na korištenje takvih učinaka kao osnova nanoheterostrukturirane elektronike.

Svatko od nas svakodnevno koristi elektroniku i sigurno mnogi već primjećuju određene trendove. Memorija u računalima se povećava, procesori postaju produktivniji, veličina uređaja se smanjuje. Koji je razlog za to?

Prije svega, s promjenom fizičkih dimenzija elemenata mikrokontrole od kojih su u osnovi izgrađeni svi elektronički uređaji. Iako je fizika procesa danas približno ista, veličine uređaja postaju sve manje i manje. Veliki poluvodički uređaj djeluje sporije i troši više energije, a nanotransistor - i radi brže, te troši manje energije.

Poznato je da su sva materijalna tijela sastavljena od atoma. I zašto elektronika ne dosegne atomsku razinu? Ovo novo polje elektronike omogućit će rješavanje takvih problema koji na konvencionalnoj bazi silikona jednostavno u osnovi nemoguće riješiti.

Od velikog interesa su grafen i slični jednoslojni materijali (vidi članak - Neočekivana svojstva poznatog ugljika). Takvi materijali, debljine jedan atom, imaju izvanredna svojstva koja se mogu kombinirati za stvaranje različitih elektroničkih sklopova.

Na primjer, tehnologije povezane s sondskom mikroskopijom omogućuju konstruiranje različitih struktura pojedinih atoma na površini vodiča u ultra visokom vakuumu jednostavnim postavljanjem istih. Što nije osnova za stvaranje monotomskih elektroničkih uređaja?

Manipulacije materije na molekularnoj razini već su utjecale na mnoge industrije, nisu zaobišle ​​elektroniku. Tako su izgrađeni mikroprocesori i integrirani sklopovi. Vodeće zemlje ulažu u daljnji razvoj ovog tehnološkog puta - tako da se prijelaz na nanocjepnjače odvija brže, šire i dalje poboljšava.

Usput, već su postignuti neki uspjesi. Intel je 2007. objavio da je razvijen procesor zasnovan na strukturalnom elementu veličine 45 nm (predstavio ga VIA Nano), a sljedeći korak bi trebao biti dostizanje 5 nm. IBM će postići 9 nm zahvaljujući grafenu.

Ugljične nanocjevčice (grafen) - Jedan od najperspektivnijih nanomaterijala za elektroniku. Oni omogućuju ne samo smanjenje veličine tranzistora, već i daju elektronici doista revolucionarna svojstva, mehanička i optička. Nanocjevčice ne hvataju svjetlo, pokretne su, čuvaju elektronička svojstva krugova.

Osobito kreativni optimisti već se vesele stvaranju prijenosnih računala koja se mogu izvući iz džepa poput novina ili ih nositi u obliku narukvice na ruci, a po želji mogu se razmjestiti poput novina, a cijelo računalo bit će poput preklopa debljine papira sa zaslonom osjetljivim na dodir.

Druga je perspektiva primjene nanotehnologije i uporabe nanomaterijala razvoj i stvaranje tvrdih diskova nove generacije.Godine 2007. Albert Firth i Peter Grunberg dobili su Nobelovu nagradu za otkriće kvantnog mehaničkog učinka ultravišenog magnetskog otpora (GMR efekt), kada tanki metali metala iz izmjeničnih vodljivih i feromagnetskih slojeva značajno mijenjaju svoj magnetski otpor s promjenom u recipročnom smjeru magnetizacije.

Kontrolom magnetizacije strukture uz pomoć vanjskog magnetskog polja moguće je stvoriti tako precizne senzore magnetskog polja i izvršiti tako precizno snimanje na nosaču informacija da će njegova gustoća skladištenja doseći atomsku razinu.

Nanoelektronika i plazmatronika nisu zaobišli. Kolektivne vibracije slobodnih elektrona u metalu imaju karakterističnu plazmonsku rezonantnu valnu duljinu od oko 400 nm (za čestice srebra veličine 50 nm). Razvoj nanoplazmonika, možemo pretpostaviti, započeo je 2000. godine, kada se napredak u poboljšanju tehnologije stvaranja nanočestica ubrzao.

Pokazalo se da je moguće prenijeti elektromagnetski val duž lanca metalnih nanočestica, uzbudljivih oscilacija plazmona. Takva tehnologija omogućit će uvođenje logičkih krugova u računalnu tehnologiju koja može raditi mnogo brže i prenijeti više informacija od tradicionalnih optičkih sustava, a veličina sustava bit će mnogo manja od prihvaćenih optičkih.

Lideri u području nanoelektronike i elektronike uopće, danas su Tajvan, Južna Koreja, Singapur, Kina, Njemačka, Engleska i Francuska.

Danas se u SAD-u proizvodi najmodernija elektronika, a najmasovniji proizvođač visokotehnološke elektronike je Tajvan, zahvaljujući ulaganjima japanskih i američkih kompanija.

Kina je tradicionalni lider na području proračunske elektronike, ali ovdje se situacija postupno mijenja: jeftina radna snaga privlači ulagače iz visokotehnoloških tvrtki koje planiraju uspostaviti svoju nanoprodukciju u Kini.

Rusija također ima dobar potencijal. Podnožje u području mikrovalne, radijacijske strukture, fotodetektora, solarnih panela i energetske elektronike u načelu omogućuje stvaranje gradova za nanotehnologiju i njihov razvoj.

Ovaj potencijal zahtijeva ekonomske uvjete i organizaciju za temeljna istraživanja i znanstveni razvoj. Sve ostalo je: tehnološka baza, perspektivni kadrovi i kvalificirano znanstveno okruženje. Potrebna su samo velika ulaganja, a to se često ispostavi da je to Ahilova peta ...

Jedan primjer primjene nanotehnologije:Nanoantene za primanje sunčeve energije