Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nanokratownica udoskonali mikroskop elektronowy
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Od dekad to krzem pozostaje głównym materiałem konstrukcyjnym elektroniki, mimo że jest to coraz trudniejsze, producenci coraz bardziej zwiększają gęstość upakowania krzemowych elementów, zachowując prawo Moore'a. Ale już niedługo zdolność krzemowej technologii do rozwoju skończy się nieodwracalnie: negatywne zjawiska towarzyszące miniaturyzacji zastopują ją najdalej za dziesięć lat, być może nawet wcześniej - z powodu wykładniczo rosnących kosztów wdrażania coraz precyzyjniejszych technologii.
Materiałem, w którym od lat upatruje się kandydata na następcę krzemu jest grafen. Niestety, ze względu na całkowicie odmienne właściwości (nie do końca przy tym poznane) nie da się go tak po prostu użyć w miejsce krzemu, konieczne jest opracowanie technologii dosłownie od zera. Chociaż więc po grafenie oczekuje się, że pozwoli na tworzenie układów scalonych mniejszych i szybszych, na razie gra toczy się nie o to, żeby zrobić lepiej, ale żeby w ogóle zrobić cokolwiek.
Od laboratorium do fabryki - daleka droga
Przez długie lata większość badań koncentrowała się na tzw. grafenie eksfoliowanym. Pierwsze płatki grafenu uzyskano odrywając z grafitu pojedynczą warstwę atomów przy pomocy taśmy klejącej. To co wystarcza naukowcom dla producentów jest jednak niczym - im potrzeba materiału łatwego w wytwarzaniu i obróbce, pewnego, zachowującego się przewidywalnie i skalowalnego.
Materiałem, w którym również upatrywano kandydata były węglowe nanorurki - rurki złożone z pojedynczej warstwy atomów węgla. Mimo zadziwiających właściwości ich praktyczne zastosowanie pozostaje żadne: trudno je wytwarzać w pożądany i przewidywalny sposób. Zajmujący się nanorurkami naukowiec Georgia Tech, Walt de Heer, uznał, że nigdy nie nadadzą się one do zastosowań przemysłowych, przynajmniej w dziedzinie elektroniki. Zauważył jednak, że skoro ich właściwości elektryczne wynikają głównie z istnienia pojedynczej warstwy atomów, praktyczniej będzie taką rurkę rozwinąć i rozpłaszczyć, czyli wyhodować na płaskiej powierzchni. Stąd wziął się pomysł, a potem technologia produkcji grafenu epitaksjalnego, czyli hodowanego na odpowiednio przygotowanej powierzchni. Technika ta pozwala na przeniesienie charakterystyki warstwy bazowej na strukturę atomową tworzonej warstwy epitaksjalnej. Materiałem bazowym jest powszechnie stosowany węglik krzemu, do którego można stosować znane już technologie wytwarzania elektroniki. Przez umiejętne podgrzewanie powoduje się migrację atomów krzemu, pozostawiając sam węgiel - czyli uzyskuje się precyzyjnie kontrolowaną warstwę grafenu. Tą metodą udało się wyprodukować siatkę składającą się z 10 tysięcy grafenowych tranzystorów na powierzchni 0,24 cm2 - to rekord, którym szczyci się Georgia Tech.
Warstwy grafenu, jakie wytwarzane są w laboratoriach, poddawane są skrupulatnym badaniom. Epitaksjalny grafen dra de Heera zachowuje się niemal doskonale tak, jak wynika z teoretycznych symulacji, pozwalając zaobserwować oczekiwane właściwości, na przykład występowanie kwantowego efektu Halla.
Obok prac nad skalowalnością procesu, równie ważne są prace nad tworzeniem struktur wielowarstwowych. Niedawno udało się wykazać, że dodawanie nowych warstw nie zakłóca właściwości warstw już istniejących. Ciekawostką jest to, że taki wielowarstwowy grafen jest czymś innym od grafitu: w graficie kolejne warstwy atomów obrócone są o 60º. W wielowarstwowym grafenie zaś o 30º - czyli jest to całkowicie nowy materiał.
Epitaksjalne wytwarzanie grafenowych warstw pozwoliło ominąć jeszcze jedną technologiczną trudność. Podczas wykorzystywania innych technologii problemem były nierówne krawędzie nanoelementów. Ponieważ właściwości grafenu mocno zależą od jego kształtu (potrafi on nawet być raz przewodnikiem a raz półprzewodnikiem), jeśli krawędzie grafenowych elementów nie były idealnie gładkie, pojawiały się niepożądane opory w przepływie prądu, upływy itp. Technologia epitaksji pozwala zachować idealne krawędzie.
Do ciekawostek należą odnalezione we współpracy z NIST (National Institute of Standards and Technology) właściwości grafenu pozwalające wpływać na jego właściwości przy pomocy precyzyjnie aplikowanych pól magnetycznych.
Grafen - Concorde elektroniki
Czy zatem grafen zastąpi krzem? Według zajmujących się nim naukowców po pierwsze nie tak szybko, po drugie nie do końca. Niekompatybilność właściwości starego i nowego materiału nie pozwoli tak po prostu przesiąść się na nowe technologie, które początkowo będą drogie. De Heer uważa, że przez długi czas krzem i grafen będą koegzystować - krzem w roli elektroniki popularnej i niedrogiej, grafen - do bezkompromisowych zastosowań, jak choćby bardzo zminiaturyzowane i szybkie układy, nie do osiągnięcia na bazie krzemu.
Posługując się analogią sądzi on, że wchodzenie nowej technologii podobne będzie do rywalizacji lotnictwa z transportem morskim i kolejowym. Rozwijające się lotnictwo pasażerskie, pomimo wysokich cen, miało chętnych, dla których była ważniejsza szybkość. Do dziś jednak, mimo spadku cen i coraz większej masowości, stare metody transportu nie zanikły i wciąż się rozwijają.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Świat zwierzęcy bardzo różni się sposobem odżywiania. Ssaki, do których należymy, bywają mięsożerne, roślinożerne lub wszystkożerne. Nawet u naszych najbliższych krewnych - naczelnych - sprawy mają się różnie. Tym trudniej orzec o sposobie odżywania ssaków już wymarłych. In dalej w przeszłość, tym trudniej, a z oczywistych powodów uczonych to bardzo interesuje. Naukowcy z Tel Avivu pracowali metodę pozwalającą na bardzo łatwą, szybką i pewną ocenę diety wymarłych ssaków na podstawie ich skamieniałości. Wystarcza im do tego... ząb.
Autorem metody jest prof. Herzl Chai, wykładowca inżynierii mechanicznej na Tel Aviv University, współpracowali z nim amerykańscy naukowcy z George Washington University oraz U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST).
Metoda opiera się na analizie odprysków na szkliwie zęba, które zależą od struktury (rodzaju) i wielkości pokarmu oraz siły, z jaką zwierzę potrafi zacisnąć szczęki. To ostatnie również wyliczają z analizy śladów na szkliwie, co jest dużym osiągnięciem, ponieważ do tej pory do oceny siły zgryzu uczeni potrzebowali zachowanej całej czaszki. Od teraz wystarczy nawet jeden ząb, a ponieważ zęby są jedną z najlepiej zachowujących się pozostałości po wymarłych zwierzętach, trudno wręcz o metodę bardziej pożądaną.
Opracowane równanie bierze pod uwagę wielkość zęba, grubość szkliwa, wielkość i głębokość rys, itd. - wiążąc wszystko w jedną całość. Metodę sprawdzono, oceniając zęby wielu obecnie żyjących gatunków zwierząt, wliczając to małpy człekokształtne.
Naukowcy najbardziej cieszą się na możliwość określenia diety najwcześniejszych przodków człowieka, czyli pierwszych ssaków.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczonym z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) udało się, jako pierwszym w historii, zaprezentować metodę konwersji pojedynczego fotonu wyemitowanego z kwantowej kropki w paśmie 1300 nm (bliska podczerwień) w foton charakterystyczny dla emisji fali o długości 710 nm (światło bliskie widzialnemu). Możliwość zmiany koloru pojedynczego fotonu może być ważnym krokiem na drodze do stworzenia hybrydowych kwantowych systemów obliczeniowych i komunikacyjnych.
W przetwarzaniu kwantowej informacji bardzo ważna jest możliwość jej transportu w formie zakodowanej w fotonie oraz przechowywania. Specjaliści dążą do tego, by pojedyncze urządzenie było w stanie przechowywać i kodować kwantową informację. Problem jednak w tym, że dostępne obecnie systemy pamięci kwantowych są w stanie przechowywać fotony ze światła bliskiego światłu widzialnemu, a tymczasem najlepsze wyniki daje transport fotonów z podczerwieni, gdyż takie fale doświadczają najmniejszych strat w światłowodach.
To pokazuje, jak ważny jest wynalazek NIST. Pozwala on bowiem na skonstruowanie pojedynczego urządzenia, które będzie pracowało z różnymi fotonami.
Specjaliści z NIST dokonali tego łącząc źródło fotonu z wykrywaczem zdolnym do zmiany częstotliwości z niższej (długa fala) na wyższą (krótka fala).
Ważnym osiągnięciem jest wykorzystanie tutaj kropki kwantowej, gdyż pozwala ona na emisję pojedynczego fotonu o określonej długości fali (kolorze). Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać aż tak dużej kontroli nad fotonami. Dodatkową zaletą tej technologii jest konwersja fotonu z podczerwieni do światła niemal widzialnego. Pozwala to bowiem aż 25-krotnie zwiększyć wykrywalność fotonów, gdyż obecnie dostępne detektory dla światła bliskiego widzialnemu są znacznie doskonalsze niż te dla podczerwieni.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z amerykańskiego National Institute of Standards and Technology (NIST) i niemieckiego Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) ocenili w warunkach bardzo zbliżonych do wymaganych podczas testów klinicznych przydatność atomowego czujnika magnetycznego do śledzenia pracy ludzkiego serca (Applied Physics Letters).
Dotąd czujnik badano głównie w laboratoriach. Najnowszy eksperyment miał miejsce w berlińskiej siedzibie PTB, w budynku z najlepszym na świecie ekranowaniem magnetycznym. Umożliwia ono zablokowanie pola magnetycznego Ziemi oraz innych zewnętrznych źródeł. Gwarantuje to uzyskanie wiarygodnych i precyzyjnych pomiarów.
Czujnik stworzony przez specjalistów z NIST to de facto niewielkie pudełko, w którym znajduje się ok. 100 mld atomów rubidu w stanie gazowym (laser podczerwieni małej mocy) oraz elementy optyczne. Urządzenie zmierzyło unikatową sygnaturę magnetyczną serca w pikoteslach. Podczas przełomowego badania naukowcy umieszczali czujnik 5 mm nad lewą częścią klatki piersiowej leżącej na plecach osoby. Sensor wychwycił słaby, ale regularny wzorzec cyklu pracy serca. Utrwalono go także dzięki nadprzewodnikowemu interferometrowi kwantowemu SQUID (ang. superconducting quantum interference device) i następnie porównano oba zapisy. Okazało się, że miniczujnik NIST poprawnie zmierzył cykl i zidentyfikował wiele typowych cech. Choć wygenerował więcej zakłóceń interferencyjnych, zdobywa przewagę dzięki temu, że może pracować w temperaturze pokojowej. SQUID potrzebuje zaś temperatury -296 °C i drogiej aparatury wspierającej.
Czujnik magnetyczny skonstruowano w 2004 r., jednak dopiero 3 lata temu dodano do niego światłowód, który wykrywa sygnały świetlne pozwalające wnioskować o natężeniu pola magnetycznego. W okresie tym udało się również zminiaturyzować układ kontrolny.
Najnowsze badania wskazują, że minisensory znajdą zastosowanie w magnetokardiografii, stanowiącej uzupełnienie bądź alternatywę dla tradycyjnego ekg. Zapewniają one stabilność pomiaru na czas dziesiątych części sekundy, co bez wątpienia przyda się w rozwijanej dopiero magnetorelaksometrii (ang. magnetorelaxometry, MRX), mierzącej odmagnesowanie magnetycznych nanocząstek. MRX jest wykorzystywana do lokalizowania, zliczania i obrazowania tego typu nanocząstek, które wprowadzono do tkanek w celach medycznych.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Grafen - strukturalną odmianę węgla tworzącą warstwy o grubości zaledwie jednego atomu, odkryto zaledwie sześć lat temu. Od tego czasu zrewolucjonizował on wiele kierunków nauki i techniki i wydaje się być najbardziej obiecującym i uniwersalnym materiałem przyszłości. To z niego tworzą się słynne fulereny, czy węglowe nanorurki. Jak się okazuje, do badań nad jego właściwościami można będzie wykorzystać efekt mory.
Prążki mory (moiré) to efekt powstający w wyniku nałożenia na siebie dwóch regularnych wzorów, które są względem siebie przesunięte lub obrócone o niewielki kąt. W naturze możemy go obejrzeć na przykład nakładając na siebie dwa sitka, albo dwie firanki i poruszając nimi - powstaje wtedy trzeci, regularny wzór. Widać ją też na ekranie telewizora, gdy ktoś ma na sobie ubranie w drobną kratkę, albo jodełkę. Mora często jest utrapieniem dla grafików, pojawiając się przy skanowaniu, drukowaniu materiałów, fotografii cyfrowej, czy komputerowej obróbce grafiki.
Efekt mory, który jest w zasadzie po prostu zakłóceniem - interferencją, można jednak wykorzystać, przykładowo znając wzór jednej warstwy i analizując wzór tworzony przez morę można wydedukować wzór drugiej warstwy. Tę sztuczkę postanowili wykorzystać w praktyce naukowcy z amerykańskiego Instytutu Technologii stanu Georgia i Narodowego Instytutu Standardów i Technologii.
Grafen, który jest płaską, bo o grubości jednego atomu, warstwą węgla, doskonale się do tego nadaje, ponieważ tworzy regularny, sześciokątny wzór. Jeśli nałożymy go na drugą warstwę grafenu, albo innego materiału o regularnej budowie, to każde odkształcenie powierzchni, przesunięcie, przekręcenie czy wygięcie - poskutkuje powstaniem w tym miejscu interferencyjnych prążków mory.
Badacze stworzyli w tym celu warstwy grafenu na powierzchni węglika krzemu (inaczej zwanego karborundem). Uzyskano ją przez jednostronne podgrzewanie karborundu: usunęło to krzem i pozostawiło same atomy węgla. Przy wykorzystaniu tunelowego mikroskopu skaningowego można było obserwować nałożone na siebie warstwy grafenu i rejestrować prążki mory powstające przy najmniejszych zmianach zachodzących w obserwowanej strukturze (zobacz ilustrację). Nazwano ten sposób „atomową interferometrią mory". Wykorzystana w badaniu technika pomiarowa jest tak dokładna, że pozwala wykryć odkształcenia rzędu 0,1% w odległościach pomiędzy atomami węgla.
Projekt był częścią badań mających na celu dokładne poznanie właściwości grafenu, który w przeciwieństwie do innych materiałów nie rozciąga się, lecz raczej marszczy podczas zmian temperatury. Opracowana „atomowa interferometria mory" pozwoli np. na dokładne analizowanie i śledzenie przebiegu ładunków elektrycznych, czy rozchodzenia się ciepła i stanowić będzie wyśmienite narzędzie podczas prac nad stworzeniem grafenowych układów elektronicznych. Przydatna może być również do wykrywania i badania mikroskopowych naprężeń w innych materiałach.
Autorami pracy na ten temat są D. Miller, K. Kubista, G. Rutter, M. Ruan, W. de Heer, P. First oraz J. Stroscio, pracownicy National Institute of Standards and Technology oraz Georgia Institute of Technology.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.