Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Szybsza elektronika dzięki stanowi przejściowemu między izolatorem a przewodnikiem?

Rekomendowane odpowiedzi

Nowatorska superszybka technika obrazowania atomów ujawniła istnienie nieznanego dotychczas stanu, którego wykorzystanie może pomóc z opracowaniu szybszych energooszczędnych komputerów. Technika ta pozwoli też zbadać, gdzie leżą fizyczne granice przełączania pomiędzy różnymi stanami.

Naukowcy przyznają, że nie wiedzą zbyt wiele o stanach przejściowych, w jakich znajdują się materiały elektroniczne podczas operacji przełączania. Nasza technika pozwala na wizualizowanie tego procesu i znalezienie odpowiedzi na niezwykle ważne pytanie – jakie są granice przełączania jeśli chodzi o prędkość i zużycie energii, stwierdził główny autor badań, Aditya Sood ze SLAC National Accelerator Laboratory.

Wraz z kolegami ze SLAC, Hewlett Packard Labs, Pennsylvania State University oraz Purdue University badał on urządzenia wykonane z ditlenku wanadu (VO2). Wiadomo bowiem, że materiał ten przechodzi pomiędzy stanem izolatora z przewodnika w temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej.

VO2 poddawano okresowemu działaniu impulsów elektrycznych, które przełączały go pomiędzy różnymi stanami. Impulsy te zsynchronizowano z wysoko energetycznymi impulsami elektronów generowanymi przez kamerę Ultrafast Electron Diffracion (UED). Za każdym razem, gdy impuls elektryczny wzbudzał naszą próbkę, towarzyszył mu impuls elektronów, którego opóźnienie mogliśmy regulować. Powtarzając ten proces wielokrotnie i zmieniając za każdym razem opóźnienie, uzyskaliśmy poklatkowy obraz atomów poruszających się w reakcji na impuls elektryczny, wyjaśnia Sood.

To pierwszy raz, gdy użyto UED, urządzenie wykrywające niewielkie ruchy atomów poprzez rozpraszanie na próbce wysokoenergetycznego strumienia elektronów, do badania pracy urządzenia elektrycznego. Wpadliśmy na ten pomysł już trzy lata temu, jednak zdaliśmy sobie sprawę, że istniejące urządzenia nie pracują wystarczająco szybko. Musieliśmy więc skonstruować własne, dodaje profesor Aaron Lindenberg.

Dzięki swojemu urządzeniu badacze odkryli, że pod wpływem szybkich impulsów elektrycznych VO2 wchodzi w stan, który normalnie nie istnieje. Istnieje on zaledwie przez kilka mikrosekund, gdy materiał zmienia się z izolatora w przewodnik. Okazało się, że struktura atomowa tej fazy jest taka sama, jak fazy izolatora, jednak materiał jest już wówczas przewodnikiem. To niezwykle ważne, gdyż normalnie dwa stany – izolatora i przewodnika – różnią się między sobą ułożeniem atomów, a do zmiany tego ułożenia konieczne jest wydatkowanie energii. Gdy jednak zmiana ma miejsce poprzez stan przejściowy, przełączanie w przewodnik nie wymaga zmiany struktury atomowej.

Autorzy badań pracują teraz nad wydłużeniem istnienia stanu przejściowego. Nie wykluczają, że możliwe byłoby stworzenie urządzenia, w którym zmiana pomiędzy izolatorem z przewodnikiem będzie się odbywała bez ruchu atomów, dzięki czemu takie urządzenie pracowałoby szybciej i zużywało mniej energii.


« powrót do artykułu

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

  • Podobna zawartość

    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Czysta woda jest izolatorem. Przewodzi prąd, o ile zawiera rozpuszczone sole. Jednak nawet wtedy jest słabym przewodnikiem, wielokrotnie słabszym niż metale. Aby uczynić wodę równie dobrym przewodnikiem co np. miedź, należy poddać ją olbrzymiemu ciśnieniu 50 Mbar. Takiemu, jakie planuje we wnętrzach dużych planet. Obecnie jednak nie jesteśmy w stanie uzyskać na Ziemi takiego ciśnienia.
      Naukowcy z grupy Pavla Jungwirtha z Instytutu Chemii Organicznej i Biochemii Czeskiej Akademii Nauk są pierwszymi, którzy uzyskali metaliczny roztwór wodny bez konieczności używania ekstremalnie wysokiego ciśnienia. Czescy naukowcy, bazując na swoich wcześniejszych badaniach nad zachowaniem metali alkalicznych w wodzie i amoniaku, postanowili uzyskać pasmo przewodzące w wodzie nie poprzez kompresowanie molekuł wody, ale przez solwatację w wodzie elektronów uwolnionych z metali alkalicznych. Musieli jednak przy tym pokonać poważny problem – przy kontakcie metali alkalicznych z wodą dochodzi do bardzo silnej eksplozji.
      Wrzucanie sodu do wody to jedne z najpopularniejszych wideo na YouTube pokazujących szkolne eksperymenty. Jak wiemy, gdy do wody wrzucimy sód, nie uzyskamy metalicznej wody, a silną eksplozję. Aby sobie z tym poradzić zastosowaliśmy inną metodę. Zamiast dodawać alkaliczny metal do wody, dodaliśmy wodę do metalu, wyjaśnia Jungwirth.
      Naukowcy wykorzystali komorę próżniową, w której do kropli stopu sodowo-potasowego, dodali nieco pary wodnej. Para zaczęła skraplać się na powierzchni metalu. Elektrony, uwolnione z metalu alkalicznego rozpowszechniały się na powierzchni wody szybciej, niż przebiega reakcja prowadząca do eksplozji. Elektronów było na tyle dużo, że powstało pasmo przewodzące, prowadzące do pojawienia się metalicznego roztworu wodnego. Obok elektronów zawierał on kationy alkaliczne, wodór i wodorotlenek.
      Stworzyliśmy cienką warstwę metalicznego roztworu wodnego o złotym kolorze. Istniała ona przez kilkanaście sekund, dzięki czemu nie tylko mogliśmy ją zobaczyć, ale również zbadać za pomocą spektrometrów. Wstępne potwierdzenie istnienia takiej warstwy uzyskaliśmy za pomocą naszych przyrządów w niewielkim laboratorium w prace. Później potwierdziliśmy istnienie metalicznej wody metodą spektroskopii fotoelektronów w zakresie promieniowania X w synchrotronie w Berlinie, dodaje Jungwirth.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Grafen ma wiele niezwykłych właściwości, jednak nie jest materiałem piezoelektrycznym.  Piezoelektryczność to właściwość niektórych materiałów, polegająca na tym, że przy zginaniu, ściskaniu i skręcaniu materiały te produkują ładunki elektryczne. Występuje też zależność odwrotna - pole elektryczne wywołuje odkształcenie materiału piezoelektrycznego, dając nad nim duża kontrolę.
      W ACS Nano ukazał się artykuł, w którym dwóch inżynierów ze Stanford University opisuje, w jaki sposób nadali grafenowi właściwości piezoelektryczne.
      Fizyczne deformacje, jakie możemy tworzyć, są wprost proporcjonalne do przyłożonego pola elektrycznego, co daje nam niedostępną wcześniej możliwość kontrolowania elektroniki w nanoskali - stwierdził Evan Reed, szef Materials Computation and Theory Group i główny autor badań. To pozwala mieć nadzieję, na zrealizowanie koncepcji ‚straintroniki’, zwanej tak ze względu na sposób, w jaki pole elektryczne w sposób przewidywalny zmienia kształt sieci krystalicznej węgla - dodał uczony.
      Mitchell Ong, autor artykułu w ACS Nano, uważa, że „piezoelektryczny grafen może może zapewnić niedostępny dotychczas stopień elektrycznej, mechanicznej i optycznej kontorli nad różnymi urządzeniami, od ekranów dotykowych po nanotranzystory“.
      Za pomocą symulacji przeprowadzanych na superkomputerach, inżynierowie sprawdzali skutki domieszkowania grafenu po jednej lub obu stronach sieci krystalicznej. Modelowano domieszkowanie litem, wodorem, potasem i fluorem oraz ich kombinacjami. Wyniki zaskoczyły naukowców. Sądziliśmy, że pojawi się efekt piezoelektryczny, ale będzie on słaby. Tymczasem jest on podobny do występującego w tradycyjnych materiałach - mówi Reed.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Gdy w układzie scalonym dojdzie do uszkodzenia jednego z obwodów, cały układ przestaje prawidłowo działać. Na University of Illinois at Urbana-Champaign powstała technologia, dzięki której układ sam tak szybko naprawia uszkodzenia, iż użytkownik nawet nie zauważa, że coś było nie tak.
      Naukowcy pracujący pod kierunkiem profesorów Scotta White’a i Nancy Sottos opublikowali wyniki swoich badań w piśmie Advanced Materials.
      To upraszcza cały system. Zamiast budować obwody zapasowy czy wbudowywać w układ mechanizmy diagnostyczne, sam materiał został tak zaprojektowany, by rozwiązać problem - mówi profesor Jeffrey Moore.
      Już wcześniej uczeni z Illinois opracowali samonaprawiający się polimer. Teraz zastosowali zdobyte wówczas doświadczenia do stworzenia samonaprawiającego się systemu elektrycznego.
      Nowy materiał zawiera miniaturowe kapsułki umiejscowione na obwodzie. Gdy w układzie pojawi się pęknięcie,które dotrze do mikrokapsułek, wypływa z nich płynny metal, który wypełnia pęknięcia, przywracając funkcjonowanie obwodu.
      Podczas testów wykazano, że naprawa dokonywana jest w ciągu mikrosekund. Aż 90% testowanych układów odzyskało po uszkodzeniu 99% oryginalnej sprawności.
      Cały proces nie wymaga żadnej zewnętrznej interwencji ani przeprowadzania diagnostyki.
      Nowy system przyda się tam, gdzie nie można łatwo wymienić uszkodzonej części. Znajdzie zastosowanie np. w satelitach czy samolotach.
      Naukowcy będą teraz pracowali nad udoskonaleniem swojego systemu i znalezieniem dlań nowych zastosowań. Szczególnie interesuje ich perspektywa stworzenia samonaprawiających się baterii, co powinno zwiększyć żywotność i bezpieczeństwo użytkowania takich urządzeń.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Boeing poinformował o udanym pierwszym teście rakiety CHAMP. Urządzenie Counter-electronic High-powered Microwave Advanced Missile Project to bezpieczna alternatywa dla broni kinetycznej. Jej zadaniem jest unieszkodliwienie wykorzystujących elektronikę systemów przeciwnika, bez jednoczesnego powodowania ofiar w ludziach czy zniszczeń infrastruktury.
      Pierwszy test wykazał, że rakietę można kontrolować w czasie lotu. Jest też możliwa precyzyjna kontrola modułu High-powered Microwave.
      CHAMP nie tylko jest bezpieczniejsza dla postronnych osób i infrastruktury, ale również bardziej skuteczna od broni kinetycznej. Wysyła ona silne impulsy mikrofalowe, których zadaniem jest niszczenie elektroniki na wybranych obszarze. Impulsy te dotrą również do ukrytych głęboko pod ziemią centrów dowodzenia, które dotychczas były nieosiągalne dla konwencjonalnej broni.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Zespół z singapurskiego Instytutu Badań Materiałowych i Inżynierii, Uniwersytetu w Cambridge oraz południowokoreańskiego Uniwersytetu Sungkyunkwan stworzył najcieńsze metalowe ścieżki. Są one tak niewielkie, że można zobaczyć je tylko za pomocą mikroskopu elektronowego. Ścieżki pomogą w dalszej miniaturyzacji urządzeń elektronicznych.
      Do ich stworzenia wykorzystano materiał składający się z elementów metalicznych i organicznych, połączonych za pomocą elektronolitografii.
      Wspomniane ścieżki mają szerokość zaledwie 7 nanometrów, a różnice w grubości wynoszą maksymalnie 2,9 nanometra. Tymczasem zakładano, że dokładność wykonania ścieżek wyniesie w bieżącym roku 3,2 nanometra, a w przyszłym - 2,8 nm.
  • Ostatnio przeglądający   0 użytkowników

    Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.

×
×
  • Dodaj nową pozycję...