Компьютер-Информ || Архив || Рубрики || Поиск || Подписка || Работа || О "КИ" || Карта
Новые технологии
В университете Альборга физики из Дании и Франции под руководством доктора Сергея Божевольного (Sergey Bozhevolnyi) разработали новый класс волноводов, в которых свет "сжимается" ниже дифракционного предела и может практически без потерь проходить по каналам в микросхемах.
Основой мировой системы связи является сеть из оптических волокон, передающих информацию в форме световых импульсов. По этим волокнам может передаваться большой объем данных, но проблемы возникают в коммутационных центрах, в которых световые импульсы преобразуются в электрические сигналы. Поэтому телекоммуникационная промышленность заинтересована в разработке микрофотонных цепей - в таких цепях световые импульсы могут обрабатываться непосредственно, что позволяет повысить скорость передачи данных.
В обычных волноводах из-за дифракции через отверстия, имеющие диаметр меньше длины волны, может проходить лишь незначительная часть света, а после прохождения свет распространяется по всем направлениям. Это приводит к тому, что в телекоммуникационных устройствах свет, имеющий обычно длину волны 1,5 мк, не может проходить по узким каналам современных кремниевых микросхем.
Проблему можно преодолеть, используя механизм возбуждения коллективного волнообразного движения множества электронов на поверхности металлов с помощью световых волн. В отличие от самих световых волн, на такие "поверхностные плазмоны" не действует ограничение дифракционного предела для света. Ученые в серии экспериментов показали, что поверхностные плазмоны могут использоваться для передачи света по каналам, гораздо более узким, чем заданная длина световой волны, сообщает PhysicsWeb.
В экспериментах использовался новый тип поверхностных плазмонов - так называемые плазмон-поляритоны. Это электромагнитные волны, формирующиеся в переходной зоне между металлом и диэлектриком - например, воздухом. Исследователи показали, что такие плазмоны могут без значительных потерь передавать свет со сверхкороткими длинами волн по дну V-образных каналов в пленке золота, поскольку поверхностные плазмоны концентрируют свет в объеме, меньшем длины волны.
Исследователи отмечают, что поверхностные плазмоны могут использоваться во многих практических приложениях - например, при выполнении сверхкомпактных внутренних соединений, в интерферометрах и в волноводно-дисковых резонаторах.
На конференции Embedded Systems компании Rapport и IBM представили проект процессора с низким энергопотреблением Kilocore1025. Он состоит из размещенных на одном кристалле ядра PowerPC и 1024 восьмиразрядных процессорных элементов, и основан на технологиях Rapport Kilocore и IBM Power Architecture. Выпускаемый в настоящее время процессор Rapport KC256 состоит из 256 процессорных элементов. При производительности более 25 миллиардов операций в секунду потребляемая мощность этого процессора значительно меньше одного ватта. Процессор поставляется вместе с инструментарием и платформой разработки.
Процессоры на базе технологии Kilocore преодолевают недостатки традиционных архитектур благодаря размещению от сотен до тысяч параллельно работающих процессорных элементов на одном небольшом кристалле. Процессоры с такой архитектурой могут использоваться в таких секторах, как мобильные игровые устройства, системы домашней безопасности, серверные компоненты, устройства обработки изображений, потребительская электроника, компактные суперкомпьютеры и т. д.
Ученые исследовательского центра IBM в Альмадине, Сан-Хосе, штат Калифорния, разработали метод исследования и регулирования магнитных явлений на фундаментальном - атомном - уровне. Он может стать инструментом не только в попытках понять работу компьютерных электронных схем и элементов систем хранения данных в условиях уменьшения их размеров до атомных масштабов, но и в создании основ для получения новых материалов и вычислительных устройств, использующих магнитные явления атомного уровня.
Новый метод, получивший название спектроскопии спиновых возбуждений, основан на применении созданного в IBM низкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа, способного работать в широком диапазоне магнитных полей - вплоть до полей в 140 тысяч раз сильнее земного. Исследователи сначала устанавливают атомы в нужные положения, а затем измеряют взаимодействия между их спинами, которые являются первоосновой магнетизма.
В ходе экспериментов исследователи IBM создавали цепочки длиной до 10 атомов марганца на поверхности с высокими изоляционными свойствами и следили за изменением магнитных свойств по мере добавления новых атомов. Выяснилось, что цепочки с четным числом атомов не имеют суммарного магнетизма, в то время как цепочки с нечетным числом атомов таким магнетизмом обладают.
Результаты исследований представлены в онлайновом бюллетене журнала Science - Science Express. Авторами сообщения являются Сайрус Хирджибехедин (Cyrus Hirjibehedin), Кристофер Лутц (Christopher Lutz) и Андреас Хайнрих (Andreas Heinrich).
Помимо исследования фундаментальных свойств магнитных материалов, новый метод, по мнению исследователей IBM, может быть использован в будущем и для исследования возможностей:
- магнитных устройств хранения данных или для точной настройки энергии, необходимой для изменения коллективной ориентации спинов небольшого числа связанных магнитной связью атомов;Спиновая электроника - это новая отрасль электроники, использующая квантовое свойство электронов и атомов, связанное с их магнитными характеристиками - т. н. Спин - в дополнение или в качестве альтернативы традиционным электрическим токам, представляющим собой потоки электрических зарядов. Спин электрона может быть направлен либо "вверх", либо "вниз". Если спины в веществе направлены одинаково, материал становится магнитным. Большинство веществ немагнитны, поскольку содержат равное количество направленных вверх и вниз электронных спинов, которые компенсируют друг друга. Однако в таких материалах, как железо или кобальт, количество направленных вверх и вниз спинов неодинаково, и они являются магнитными.
Обычные постоянные магниты делаются из ферромагнитных материалов, таких как железо или кобальт. В таких материалах спины атомов выстраиваются в одном направлении, создавая внешнее магнитное поле, которое можно измерять и ощущать. Другие магнитные материалы, такие как марганец, называются антиферромагнитными, поскольку в них спины соседних атомов ориентированы в противоположных направлениях. Такие материалы не имеют внешнего магнитного поля, но обладают интересными с точки зрения спиновой электроники свойствами.
Разработан новый метод контроля за механизмом перемагничивания в наноматериалах. Открытие предполагается использовать в создании магнитных носителей с более высокой плотностью хранения данных, в записывающих устройствах и биомедицинских технологиях.
Международная команда исследователей под руководством доктора Ульбриха (T. C. Ulbrich) из университета Констанца в Германии пришла к выводу, что связь между магнитными и геометрическими свойствами наночастиц определенного типа оказывает влияние на механизм их перемагничивания. На примере нового наноматериала, представляющего собой сферическую наночастицу, покрытую тонкой пленкой, ученые исследовали влияние толщины ферромагнитной пленки на механизм перемагничивания в наночастицах.
Новые выпуклые многослойные пленки отличаются от изучавшихся ранее наноматериалов, большинство из которых были плоскими с постоянной толщиной. Для создания выпуклых ферромагнитных пленок слои кобальта и палладия толщиной менее 1 нм наносились на поверхность сферической частицы диаметром 50 нм, образуя на ее поверхности так называемую "наношапку" (nanocap). Исследуя это многослойное покрытие, ученые выяснили, что изменение его толщины на поверхности сферы влияет на магнитные свойства наночастицы.
В ходе эксперимента исследователи применяли обратное магнитное поле к уже намагниченным "наношапкам", а затем анализировали, как происходит перемагничивание каждой из наночастиц. В тех местах на поверхности сферической частицы, где пленка была толще, в материале наблюдалась радиальная магнитная анизотропия - ферромагнитные свойства материала зависели от направления. Там же, где пленка была тоньше, ферромагнитные свойства материала и магнитная анизотропия не проявлялись.
"Напыление многослойных пленок на сферические наночастицы приводит к возникновению анизотропии в "шапках", - поясняет д-р Ульбрих. - "В отличие от плоских пленок, радиальная анизотропия в "шапках" вызывает изменение их магнитных свойств".
Чтобы детально изучить явление перемагничивания в тонких изогнутых пленках, исследователи воспользовались компьютерным микромагнитным моделированием. С помощью сканирующего туннельного микроскопа удалось установить, что пленки имеют гранулированную наноструктуру, что также оказывает влияние на магнитную анизотропию пленки. На изображениях, полученных атомным силовым и магнитным силовым микроскопами, видно, что отдельные наночастицы переворачиваются в результате воздействия обратного магнитного поля.
Таким образом, толщину тонких пленок и, как следствие, анизотропию и магнитные свойства наночастиц можно изменять и контролировать. Это дает возможность разрабатывать новые наноматериалы с настраиваемыми магнитными свойствами.
Ученые из IBM создали полнофункциональную интегральную микросхему (компьютерный чип), полностью выполненную на одной однослойной углеродной нанотрубке, способную работать на терагерцевых частотах. Благодаря действию механизма "баллистического электронного транспорта" нанотрубки проводят электрический ток с наименьшим сопротивлением. Поэтому они характеризуются электропроводностью в 1000 раз большей, чем у меди. Более того, нанотрубки могут выступать как в роли проводников, так и в роли полупроводников.
Год назад компания Infineon смогла создать работоспособный одиночный нанотранзистор с длиной проводящего канала всего 18 нанометров. После этого открытия казалось, что такие нанотранзисторы - отличная база для наноэлектронной логики. Но, как доказали ученые из IBM и других научных центров, длинные нанотрубки могут выступать "стержнем" целой интегральной схемы и нести на себе несколько транзисторов сразу.
"Самым нашим существенным достижением является то, что мы смогли использовать современные принципы построения архитектуры чипов, используя в качестве элементов не транзисторы, а нанотрубки и молекулы", - говорит Йорг Аппензеллер (Joerg Appenzeller) из IBM. - "Наша ИС построена по типу обычной CMOS-архитектуры, одно из достоинств которой - низкое энергопотребление. Как показала практика исследования цепей из нанотрубок, один из их недостатков - достаточно высокое рабочее напряжение, а CMOS-архитектура позволяет его значительно уменьшить, что делает чип намного экономичнее".
Как сообщает NanoTechWeb, интегральная схема состоит из пяти инверторов, сделанных на основе полевых p- и n-транзисторов. Сам чип представляет собой 5-ступенчатый кольцевой осциллятор на одной длинной нанотрубке длиной 18 мкм. В чипе также присутствует дополнительный логический контур, измеряющий быстродействие осциллятора. Затвор p-транзисторов сделан из палладия, а транзисторов n-типа - из алюминия.
Частота чипа в 6 раз больше, чем у таких же устройств, собранных на отдельных нанотрубках и связанных между собой. Такой компактный дизайн осциллятора дает возможность значительно уменьшить паразитные емкости. Наноустройство работает на частоте 52 МГц, что в 100 тыс. раз быстрее предыдущих нанотрубочных чипов.
"Осциллятор на основе одной нанотрубки - отличная возможность глубже исследовать свойства нанотрубок при их работе на переменном токе", - говорит д-р Аппензеллер. - "Если еще поработать с прототипом, я думаю, мы добьемся существенного уменьшения паразитных емкостей и сможем довести частоту чипа до терагерцевых частот. Также не следует забывать, что это - первая попытка создать полностью функционирующую CMOS-логику на одной нанотрубке, что само по себе является большим достижением".
Теперь ученые ищут пути уменьшения паразитных емкостей и пытаются оптимизировать наноустройство. Ученые решили начать оптимизацию с мест контакта между металлом истока и нанотрубкой, - так можно достичь большего быстродействия устройства.
Биомиметические нанотехнологии находятся сегодня в зачаточном состоянии. Многие открытия пока не могут быть коммерциализованы, но их развитие в будущем позволит существенно помочь при создании наномашин. Живая клетка использует ДНК, РНК и большое количество белков для того, чтобы построить клеточные органеллы нанометровых размеров. Поэтому для нанотехнологов логично было бы воспользоваться природными примерами для построения наномашин, не существующих в природе.
В РХТУ имени Менделеева разрабатываются "разумные" органические наноразмерные материалы (пленки, гели, слои, жидкие кристаллы), сообщает пресс-департамент университета. Исследуется управляемая самоорганизация биоинспирированных полимеров для получения оптических сенсоров.
Свойства "разумных" наноматериалов основаны на процессах реверсивной самоорганизации/реорганизации спиральных модифицированных биополимеров с изменением окрашивания под действием облучения, температуры, pH, ионов, электротока. Прототип - естественные белки.
Проект включает в себя дизайн и молекулярную инженерию органическо-неорганических гибридных биомиметических материалов целевого назначения (молекулярная наноэлектроника, биомедицина), синтез по "шаблону" с применением универсальной гибридной матрицы для введения различных фрагментов, включая люминофоры и металлочастицы (светоиспускающие устройства), биоингредиенты (нанореакторы для переноски лекарств и биокатализаторов). Прототипом являются пептиды, закрепленные на жестком неорганическом каркасе.
Эта работа была проведена в рамках межуниверситетского объединения международного ИТ-сотрудничества "Intel - OMM" (проект Минобрнауки) - "Разумные органические молекулярные материалы", в котором принимают участие Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д. И. Менделеева, Ивановский государственный университет (ИвГУ), Красноярский государственный технический университет (КрГТУ), Московский физико-технический институт (МФТИ), Технический университет г. Долгопрудный, Центр фотохимии Российской академии наук (ЦФ РАН) в сотрудничестве с Центром координации прикладных нанотехнологических разработок и концерном "Наноиндустрия".
Исследования наноразмерных органических материалов для молекулярной электроники, фотоники, биотехнологии, биомедицины проводятся отечественными учеными также в сотрудничестве с зарубежными партнерами.
Доктор Алекс Мищенко (Alex Mischenko) и его коллеги из Кембриджского университета в ряде экспериментов по изучению охлаждающих свойств тонких оксидных пленок установили, что адиабатическое охлаждение пленок из перовскита толщиной 350 нм происходит в 100 раз эффективнее, чем у любого другого из известных материалов этого типа, сообщает PhysicsWeb.
Цель проводимых экспериментов - сокращение экологически опасных химических соединений типа хлорфторуглеродов в охлаждающих устройствах и разработка более эффективных методов охлаждения. К альтернативным охлаждающим устройствам относятся магнитные холодильные устройства и электрокалорические материалы. Поиск таких материалов активно велся в 1960-х и 1970-х годах, но до коммерческого использования дело не дошло, поскольку электрокалорический эффект в изучаемых материалах был слишком мал - всего лишь 2,5 C при напряжении 750 В.
Тонкие пленки охлаждаются, когда снимается приложенное к ним электрическое поле, - это явление носит название электрокалорического эффекта. Перовскит представляет собой окись, содержащую свинец, цирконий и титан (PZT). Измеряя поляризацию электромагнитной волны в тонких пленках из перовскита при различных температурах, ученые установили, что материал остывает на 12 C при снятии приложенного напряжения в 25 В (электрическое поле - 776 кВ/см), т. е. эффективность охлаждения составляет 0,48 К/В.
Эффект наиболее выражен при температуре 222 C, что в настоящее время исключает его практическое применение. Однако ученые надеются усовершенствовать технологию и использовать тонкие электрокалорические пленки в качестве охлаждающих материалов в компьютерных микросхемах и в биотехнологических системах - в частности, в сенсорах и микроэлектромеханических и инфракрасных системах формирования изображений. Новая технология охлаждения может также найти применение в автомобильной и космической промышленности, в кондиционерах и бытовых холодильных устройствах.
В настоящее время авторы исследования работают над снижением рабочей температуры PZT-пленок с 222 C до комнатной температуры путем введения различных примесей, а также ведут поиск новых электрокалорических материалов, не содержащих свинец.
Рубрики || Работа
|| Услуги || Поиск
|| Архив || Дни
рождения
О "КИ" || График
выхода || Карта сайта || Подписка
Рассылка анонсов газеты по электронной почте
Сайт газеты "Компьютер-Информ" является зарегистрированным электронным СМИ.
Свидетельство Эл 77-4461 от 2 апреля 2001 г.
Перепечатка материалов
без письменного согласия редакции запрещена.
При использовании материалов газеты в Интернет гиперссылка обязательна.
Телефон редакции (812) 718-6666, 718-6555.
Адрес: 196084, СПб, ул.Заставская, д.23, БЦ "Авиатор", 3-й этаж, офис 307
e-mail: editor@ci.ru
Для пресс-релизов и новостей news@ci.ru