Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Inwestycja w optyczne informacje
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Orbitalny moment pędu (OAM) elektronu uważany jest za mniej interesującą jego właściwość, gdyż w ciałach stałych zazwyczaj ulega on osłabieniu w wyniku interakcji z otaczającym elektron materiałem. Naukowcy z Centrum Badawczego Jülich (Forschungszentrum Jülich) wykazali właśnie, że w niektórych kryształach nie tylko zostaje on zachowany, ale można go też kontrolować. Jest to możliwe dzięki chiralności struktury krystalicznej. A odkrycie może doprowadzić do stworzenia nowej klasy urządzeń elektronicznych o wyjątkowej odporności na zakłócenia i dużej efektywności energetycznej.
Główną właściwością elektronu wykorzystywaną w klasycznej elektronice jest jego ładunek elektryczny. Nowoczesne technologie – jak technologie kwantowe czy spintronika – korzystają ze spinu elektronu. Jak jednak wynika z badań uczonych z Jülich, przyszłością elektroniki może być też orbitalny moment pędu, który opisuje, w jaki sposób elektron porusza się w atomie. W ten sposób może narodzić się orbitronika, która uzupełni i poszerzy możliwości, jakie dają nam elektronika i spintronika.
Przez dekady spin był uznawany za kluczowy parametr nowych technologii. Jednak orbitalny moment pędu również ma wielki potencjał jako nośnik informacji i jest przy tym znacznie bardziej stabilny, wyjaśnia doktor Christian Tusche z Instututu Petera Grünberga w Centrum Badawczym Jülich.
Jak już wspomnieliśmy, OAM jest rzadko obserwowany w kryształach, gdyż jest zwykle w nich tłumiony. Jednak naukowcy z Niemiec, we współpracy z kolegami z Tajwanu, USA, Włoch i Japonii wykazali właśnie, że w materiałach chiralnych, jak badany przez nich monokrzemek kobaltu (CoSi), sytuacja jest inna. Nasze badani pokazują, że struktura takiego kryształu bezpośrednio wpływa na moment pędu elektronu w sposób, który możemy bezpośrednio mierzyć. To otwiera nowe możliwości w dziedzinie badań materiałowych i przetwarzania informacji, dodaje fizyk eksperymentalny doktor Ying-Jiun Chen.
W przyszłości informacja może być przechowywana i przekazywane nie tylko poprzez ładunek i spin elektronu, ale również przez kierunek i orientację jego orbitalnego momentu pędu. Użycie OAM jako nośnika informacji wydaje się przekonujące. Można też będzie wykorzystać kołowo spolaryzowane światło do selektywnego wpływania na chiralność kryształów i uzyskania w ten sposób kontrolowanego światłem niemechanicznego przełącznika, alternatywy dla tranzystora. Co więcej połączenie OAM i spinu może pozwolić na zintegrowanie orbitroniki i spintroniki w hybrydowych maszynach kwantowych, stwierdza profesor Claus Michael Schneider, dyrektor Instytutu Petera Grünberga.
Źródło: Orbital Topology of Chiral Crystals for Orbitronics
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Światło posiada niezwykle interesującą cechę. Jego fale o różnej długości nie wchodzą ze sobą w interakcje. Dzięki temu można jednocześnie przesyłać wiele strumieni danych. Podobnie, światło o różnej polaryzacji również nie wchodzi w interakcje. Zatem każda z polaryzacji mogłaby zostać wykorzystana jako niezależny kanał przesyłania i przechowywania danych, znakomicie zwiększając gęstość informacji.
Naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego poinformowali właśnie o opracowaniu metody wykorzystania polaryzacji światła do zmaksymalizowania gęstości danych. Wszyscy wiemy, że przewaga fotoniki nad elektronika polega na tym, że światło przemieszcza się szybciej i jest bardziej funkcjonalne w szerokich zakresach. Naszym celem było wykorzystanie wszystkich zalet fotoniki połączonych z odpowiednim materiałem, dzięki czemu chcieliśmy uzyskać szybsze i gęstsze przetwarzanie informacji, mówi główny autor badań, doktorant June Sang Lee.
Jego zespół, we współpracy z profesorem C. Davidem Wrightem z University of Exeter, opracował nanowłókno HAD (hybrydyzowane-aktywne-dielektryczne). Każde z nanowłókien wyróżnia się selektywną reakcją na konkretny kierunek polaryzacji, zatem możliwe jest jednoczesne przetwarzanie danych przenoszonych za pomocą różnych polaryzacji. Stało się to bazą do stworzenia pierwszego fotonicznego procesora wykorzystującego polaryzację światła. Szybkość obliczeniowa takiego procesora jest większa od procesora elektronicznego, gdyż poszczególne nanowókna są modulowane za pomocą nanosekundowych impulsów optycznych. Nowy układ może być ponad 300-krotnie bardziej wydajny niż współczesne procesory.
To dopiero początek tego, co możemy osiągnąć w przyszłości, gdy uda się nam wykorzystać wszystkie stopnie swobody oferowane przez światło, w tym polaryzację. Dzięki temu uzyskamy niezwykły poziom równoległego przetwarzania danych. Nasze prace wciąż znajdują się na bardzo wczesnym etapie, dlatego też szacunki dotyczące prędkości pracy takiego układu wciąż wymagają eksperymentalnego potwierdzenia. Mamy jednak niezwykle ekscytujące pomysły łączenia elektroniki, materiałów nieliniowych i komputerów, komentuje profesor Harish Bhakaran, który od ponad 10 lat prowadzi prace nad wykorzystaniem światła w technologiach obliczeniowych.
Ze szczegółami pracy można zapoznać się w artykule Polarisation-selective reconfigurability in hybridized-active-dielectric nanowires opublikowanym na łamach Science Advances.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
W ubiegłym roku DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych) ogłosiła warty 1,5 miliarda dolarów program Electronic Resurgence Initiative (ERI). Będzie on prowadzony przez pięć lat, a w jego wyniku ma powstać technologia, która zrewolucjonizuje sposób projektowania i wytwarzania układów scalonych. Przeznaczona nań kwota jest czterokrotnie większa, niż typowe wydatki DARPA na projekty związane ze sprzętem komputerowym.
W ostatnich latach postęp w dziedzinie sprzętu wyraźnie nie nadąża za postępem w dziedzinie oprogramowania. Ponadto Stany Zjednoczone obawiają się, że gdy przestanie obowiązywać Prawo Moore'a, stracą obecną przewagę na polu technologii. Obawa ta jest tym większa, że inne państwa, przede wszystkim Chiny, sporo inwestują w przemysł IT. Kolejny problem, to rosnąc koszty projektowania układów scalonych.
Jednym z celów ERI jest znaczące skrócenie czasu projektowania chipów, z obecnych lat i miesięcy, do dni. Ma to zostać osiągnięte za pomocą zautomatyzowania całego procesu wspomaganego technologiami maszynowego uczenia się oraz dzięki nowym narzędziom, które pozwolą nawet mało doświadczonemu użytkownikowi na projektowanie wysokiej jakości układów scalonych.
Obecnie nikt nie potrafi zaprojektować nowego układu scalonego w ciągu 24 godzin bez pomocy człowieka. To coś zupełnie nowego, mówi Andrew Kahng z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, który stoi na czele jednego z zespołów zakwalifikowanych do ERI. Próbujemy zapoczątkować w elektronice rewolucję na miarę tej, jakiej dokonały browary rzemieślnicze na rynku sprzedaży piwa, stwierdził William Chapell, którego biuro z ramienia DARPA odpowiada za ERI. Innymi słowy, DARPA chce, by małe firmy mogły szybko i tanio projektować i produkować wysokiej jakości układy scalone bez polegania na doświadczeniu, zasobach i narzędziach dostarczanych przez rynkowych gigantów.
Gdy Prawo Moore'a przestanie obowiązywać, najprawdopodobniej będziemy potrzebowali nowych materiałów i nowych sposobów na integrację procesora z układami pamięci. Ich znalezienie to jeden z celów ERI. Inny cel to stworzenie takiego sposobu integrowania ze sobą procesora i pamięci, który wyeliminuje lub znacząco ograniczy potrzebę przemieszczania danych pomiędzy nimi. W przyszłości zaś miałby powstać chip, który w tym samym miejscu będzie przechowywał dane i dokonywać obliczeń, co powinno znacząco zwiększyć wydajność i zmniejszyć pobór energii. DARPA chce też stworzyć sprzęt i oprogramowanie, które mogą być rekonfigurowane w czasie rzeczywistym do nowych zadań.
Niektóre założenia ERI pokrywają się z tym, nad czym pracuje obecnie prywatny przemysł komputerowy. Przykładem takiego nakładania się jest próba stworzenia technologii 3-D system-on-chip. Jej zadaniem jest przedłużenie obowiązywania Prawa Moore'a za pomocą nowych materiałów jak np. węglowe nanorurki oraz opracowania lepszych sposobów łączenia ze sobą poszczególnych elementów układu scalonego.
Podnoszą się jednak głosy mówiące, że DARPA i inne agendy rządowe wspierające badania IT, takie jak np. Departament Energii, powinny przeznaczać więcej pieniędzy na takie projekty. Profesor Erica Fuchs z Carnegie Mellon University zauważa, że prywatne przedsiębiorstwa skupiają się obecnie na bardziej wyspecjalizowanych zastosowaniach i mniej chętnie biorą udział w dużych wspólnych projektach. Zdaniem uczonej wysiłki amerykańskich agend rządowych w tym zakresie są o rząd wielkości za małe w stosunku do wyzwań, które czekają nas w najbliższej przyszłości.
« 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.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.