Ученые из Национальной лаборатории Аргон в сотрудничестве с несколькими европейскими институтами обозначили словом "сверхизолятор" фундаментальное состояние вещества, которое может привести к новым направлениям физики твердого тела и поколениям микроэлектронных приборов. Для его получения была создана тонкая пленка нитрида титана, охлажденная до близкой к абсолютному нулю температуры. При этом сопротивление пластины возрастало в 100 тыс. раз. Также отмечается, что сверхизоляционные свойства зависят от толщины пленки, и, при выходе за некоторые пределы, материал становится сверхпроводником. Исследователи планируют разработать сверхпроводящие провода в изоляции из сверхизолятора, что позволит значительно снизить тепловые потери энергии.
Для избавления от дефектов в структурах микросхем инженер Принстонского университета Стивен Чоу (Stephen Chou) предлагает расплавлять компоненты после их формирования. Методика получила название Self-Perfection by Liquefaction (SPEL) и позволяет после расплавления элементов использовать силы поверхностного натяжения для получения требуемых геометрических форм. Не секрет, что вследствие миниатюризации элементов, дефекты наноструктур приводят к значительному ухудшению свойств чипов. В настоящее время при изготовлении микросхем применяются полупроводниковые структуры с высокой температурой плавления, что создает определенные препятствия для технологии SPEL. Так как расплавиться могут не только требуемые элементы, но и кристалл, на котором они расположены. Исследователи предлагают использовать эксимерный лазер, пригодный для точечного нагрева. Также препятствием на пути ученых стало поведение уже расплавленного материала, наделенного определенного рода текучестью и стремящегося увеличить ширину компонентов. На помощь методу SPEL пришла расположенная над чипом подвижная пластина, управляя положением которой, можно достичь требуемых габаритов компонентов. Интересная особенность заключается в наличии зазора между пластиной и чипом, что избавляет от внедрения частиц материала, из которого она изготовлена, в полупроводник. На текущий момент ученые планируют испытать разработанный метод на 8" кремниевых пластинах. Отмечается, что ряд производителей уже высказал свою заинтересованность в разработке.
Чипы и чипсеты
Группа ученых из университета в Манчестере (А. Гейм, К. Новоселов, Л. Пономаренко) доказала принципиальную возможность создания одноэлектронного транзистора размерами около 10 нм, который, как ожидается, станет единичным элементом будущих графеновых микросхем. Такой транзистор содержит только одну область проводимости, соединенную с истоком и стоком туннельными барьерами. А управление протекающим через область проводимости током осуществляется при помощи емкостной связи через электрод затвора. Напомним, что в прошлом году та же группа исследователей представила функционирующий транзистор на одноатомном слое из нанолент графена шириной в 50 атомов, которые были разделены более узкой полоской графена.
С тех пор исследователи предлагают новый подход, который требует следующего: с помощью электронно-лучевой литографии и реактивного плазменного травления в едином листе графена вырезают квантовую точку, которая является своеобразным островком, присоединенным к остальной части листа через очень тонкие контакты. При этом начинают проявляться квантовые свойства вещества, и становится возможным управление отдельными электронами. Во время эксперимента ученые обнаружили, что электроны внутри квантовой точки не в состоянии выбраться оттуда без внешнего поля, а другие электроны попасть с электродов в квантовую точку уже не могут. При этом не требовалось особых температурных условий. Исследователи считают, что можно уменьшить размер квантовой точки до 1 нм при сохранении физических характеристик транзистора.
Специалисты компании NTT Имран Мабуб (Imran Mahboob) и Хироси Ямагучи (Hiroshi Yamaguchi) разработали триггер на основе параметрона. Такое электромеханическое устройство с наногабаритами предполагает два возможных частотных состояния. Отметим, что идея использования параметронов для вычислительных систем была предложена еще в прошлом веке, но отложена из-за низкого быстродействия и сложностей с проектированием схем на их основе. Исследователи предлагают для наномеханического триггера использовать электромеханический осциллятор из арсенида галлия, который представляет собой мостовую перемычку между двумя электродами. Габариты "мостика" составляют 260х84х1,35 мкм, а допустимый прогиб составляет 4 мкм. В зависимости от приложенной разности потенциалов, мостик прогибается либо в одну, либо в другую сторону. Что позволяет идентифицировать состояния "0" и "1". В течение трех лет ученые планируют представить 8-битную ячейку нанопараметронов. Инженеры понимают, что разработка не способна конкурировать с транзисторной электроникой в плане быстродействия (пока еще не удалось достичь частоты 100 МГц). Тем не менее, считают, что триггер на основе наномеханических осцилляторов, который не требует высокой прилагаемой мощности, может найти применение в мобильных и ультракомпактных устройствах.
Хранение
Специалистам исследовательского подразделения компании Hewlett-Packard под руководством Р. Стэнли Уильямса (R. Stanley Williams) удалось создать новый базовый элемент электронных схем, принцип работы которого был описан 37 лет назад. Элемент имеет название "мемристор", а его создание стало возможным при применении нанотехнологий. Отмечается, что мемристор способен хранить данные без затрат энергии на протяжении длительного времени, а чтение хранящихся данных происходит моментально при подаче напряжения. Напомним, что термин "memristor" предложил в 1971 году ученый из Калифорнийского университета в Беркли Леон Чуа (Leon Chua), который разработал для него теоретический фундамент и ставил его в один ряд с резистором, конденсатором и катушками индуктивности. Четвертый элемент сформирован пересечением электродов из платиновой нанопроволоки, разделенных пленкой диоксида титана. Его сопротивление можно существенно (на три порядка) изменять, пропуская через него ток. А изменение сопротивления эквивалентно переключению между "0" и "1", при этом энергия затрачивается только в момент переключения. Ученые надеются, что такая технология может претендовать на роль универсальной памяти, которая заменит как динамическую память с произвольным доступом, так и флэш-память. На рисунке представлено 17 мемристоров.
Компания IBM планирует в течение 7-8 лет представить коммерческие образцы памяти, которые составят конкуренцию SSD-накопителям и привычным жестким дискам. Новый тип памяти хранит данные в намагниченных U-образных нанопроволоках, ориентированных перпендикулярно к плоскости чипа. Память содержит множество наноэлементов и не имеет подвижных частей. Также racetrack memory отличается в 100 раз большей емкостью, по сравнению с традиционными носителями данных. Среднее время доступа при чтении/записи составляет 22/32 нс. Для сравнения, средний показатель времени доступа для жесткого диска - 100 тыс. нс, и 6-40 нс для DRAM-памяти. Разработчики нового типа памяти считают возможным достижение 9,5-нс предела. Отмечается, что записанная через основание нанопроводников информация может перемещаться по ним под воздействием электрического поля. Разработчики отмечают, что такая память практически не изнашивается.
Оптика
Для создания фотокамеры со сверхшироким диапазоном автофокусировки и микроскопа с разрешением 3 мкм можно воспользоваться опытом группы ученых из университета штата Калифорния в Сан-Диего (США). В частности, следует использовать комбинацию жидкой линзы с переменным фокусным расстоянием и трех обычных стеклянных линз для коррекции оптических аберраций. Затем поместить CMOS-матрицы и прочие элементы в объем, не превышающий 1 см3. После этого становится доступным получение цифровой фотографии объекта как на расстоянии 15 м, так и 1 см. Другими словами, будет достигнут диапазон изменения оптической силы системы в 200 диоптрий. Этот показатель в 15 раз превышает аккомодационные возможности глаза человека. Отметим, что принцип работы позаимствован у природы, где широкое поле зрения объясняется согласованной работой хрусталика (для изменения фокусного расстояния) и сетчатки, способной менять свою кривизну. На текущий момент CMOS-матрицы не умеют быть гибкими, поэтому для ликвидации этого недостатка приходится использовать стандартные стеклянные линзы. Роль хрусталика играют жидкие линзы, кривизна поверхности которых меняется с помощью механических способов и специальных мембран. Материал линз и способ его получения всем, кто решил повторить опыт, придется разработать самостоятельно. Исследователи планируют увидеть разработку в медицинских и диагностических приборах.
Ученые университета штата Мичиган в Анн-Арборе во главе с профессором Роберто Мерлином (Roberto Merlin) разработали способ преодоления дифракционного предела оптических систем, который ограничивает их разрешающую способность. Методика предполагает использование плоской пластины из тефлона и керамики, покрытой слоем меди, которая играет роль дифракционной решетки. На пластину, толщина которой составляет 127 мкм, нанесен рисунок с помощью обычной фотолитографии в виде множества концентрических колец. При этом металлический слой, непрозрачный для света, чередуется с прозрачным. Проводящие слои образуют набор конденсаторов, которые при взаимодействии с падающим на поверхность электромагнитным излучением и проходящим через них, заставляют его фокусироваться в меньший диаметр. Такой подход позволяет сконцентрировать падающее излучение в точку с размерами около 1/20 длины волны, что в 10 раз превосходит дифракционный предел. Отмечается, что обычные линзы не способны сфокусировать световой поток в пятно с диаметром менее половины длины волны.
Специалисты из японской компании Rohm и исследовательского центра института National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) разработали светочувствительный сенсор типа CIGS (Cu-In-Ga-Se), который в 100 раз чувствительнее датчиков типа CCD и CMOS. Отмечается, что сенсор построен на базе технологии, используемой при производстве солнечных батарей CIGS, и способен формировать изображение при освещенности 0,001 лк. А диапазон чувствительности включает ближнюю инфракрасную часть спектра. В планах исследователей - коммерциализация разработки, повышение разрешения и регуляризации размеров пикселей.
Медицина
Исследователи из университета Эдинбурга и научного центра IBM имени Т. Дж. Уотсона анонсировали совместный 5-летний проект для ускорения разработки лекарств, которые препятствуют распространению ВИЧ. Помимо лабораторных экспериментов, планируется использовать суперкомпьютер IBM Blue Gene для моделирования процессов, происходящих на клеточном уровне. Ученые планируют сконцентрировать усилия на изучении самого процесса инфицирования, а не на традиционном сейчас принципе поддержки зараженного организма. Для этого требуется разработать ингибиторы (замедлители химических реакций) для той части вируса, которая отвечает за внедрение собственного генетического материала в человеческую клетку. Это связано с попыткой исключить возможность мутации вируса в ответ на терапию с использованием одиночных ингибиторов. Проект предполагает изучение фрагмента поверхностного белка вируса, который определяет ответную реакцию иммунной системы человека на вирусную атаку. Исследователи отмечают, что разработанные алгоритмы моделирования позволят узнать, какие молекулы ингибиторов способны влиять на ВИЧ и предотвращать заражение людей.
Телекоммуникации
Группа ученых университета Юты во главе с Аджай Нахатом (Ajay Nahata) разрабатывает элементы системы передачи данных, которая использует терагерцовое излучение. Диапазон дальнего инфракрасного излучения (T-ray) может быть востребован в вычислительных системах нового поколения. На текущем этапе исследователи сконструировали волновод передачи данных на терагерцовой частоте излучения или распределения сигнала по микросхеме. Конструкция представляет собой набор перфорированных пластин (стальной фольги) с габаритами 10х2,5 см и толщиной 625 мкм. Размер перфорационных отверстий, которые и формируют "проводник" для инфракрасного излучения, составляет 500х50 мкм. Формируя взаимное расположение отверстий, исследователи передавали данные в определенном направлении на расстояние до 10 см в диапазоне частот от 0,3 до 10 ТГц, раздваивали и создавали его суперпозицию. В последнем случае использовалось максимальное Х-образное сближение "путей". Отмечается, что фольга из нержавеющей стали выбрана не случайно - более простые материалы не могут работать с такими частотами.
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
Ученые из Национальной лаборатории Аргон в сотрудничестве с несколькими европейскими институтами обозначили словом "сверхизолятор" фундаментальное состояние вещества, которое может привести к новым направлениям физики твердого тела и поколениям микроэлектронных приборов. Для его получения была создана тонкая пленка нитрида титана, охлажденная до близкой к абсолютному нулю температуры. При этом сопротивление пластины возрастало в 100 тыс. раз. Также отмечается, что сверхизоляционные свойства зависят от толщины пленки, и, при выходе за некоторые пределы, материал становится сверхпроводником. Исследователи планируют разработать сверхпроводящие провода в изоляции из сверхизолятора, что позволит значительно снизить тепловые потери энергии.
Для избавления от дефектов в структурах микросхем инженер Принстонского университета Стивен Чоу (Stephen Chou) предлагает расплавлять компоненты после их формирования. Методика получила название Self-Perfection by Liquefaction (SPEL) и позволяет после расплавления элементов использовать силы поверхностного натяжения для получения требуемых геометрических форм. Не секрет, что вследствие миниатюризации элементов, дефекты наноструктур приводят к значительному ухудшению свойств чипов. В настоящее время при изготовлении микросхем применяются полупроводниковые структуры с высокой температурой плавления, что создает определенные препятствия для технологии SPEL. Так как расплавиться могут не только требуемые элементы, но и кристалл, на котором они расположены. Исследователи предлагают использовать эксимерный лазер, пригодный для точечного нагрева. Также препятствием на пути ученых стало поведение уже расплавленного материала, наделенного определенного рода текучестью и стремящегося увеличить ширину компонентов. На помощь методу SPEL пришла расположенная над чипом подвижная пластина, управляя положением которой, можно достичь требуемых габаритов компонентов. Интересная особенность заключается в наличии зазора между пластиной и чипом, что избавляет от внедрения частиц материала, из которого она изготовлена, в полупроводник. На текущий момент ученые планируют испытать разработанный метод на 8" кремниевых пластинах. Отмечается, что ряд производителей уже высказал свою заинтересованность в разработке.
Специалисты компании NTT Имран Мабуб (Imran Mahboob) и Хироси Ямагучи (Hiroshi Yamaguchi) разработали триггер на основе параметрона. Такое электромеханическое устройство с наногабаритами предполагает два возможных частотных состояния. Отметим, что идея использования параметронов для вычислительных систем была предложена еще в прошлом веке, но отложена из-за низкого быстродействия и сложностей с проектированием схем на их основе. Исследователи предлагают для наномеханического триггера использовать электромеханический осциллятор из арсенида галлия, который представляет собой мостовую перемычку между двумя электродами. Габариты "мостика" составляют 260х84х1,35 мкм, а допустимый прогиб составляет 4 мкм. В зависимости от приложенной разности потенциалов, мостик прогибается либо в одну, либо в другую сторону. Что позволяет идентифицировать состояния "0" и "1". В течение трех лет ученые планируют представить 8-битную ячейку нанопараметронов. Инженеры понимают, что разработка не способна конкурировать с транзисторной электроникой в плане быстродействия (пока еще не удалось достичь частоты 100 МГц). Тем не менее, считают, что триггер на основе наномеханических осцилляторов, который не требует высокой прилагаемой мощности, может найти применение в мобильных и ультракомпактных устройствах.
Специалистам исследовательского подразделения компании Hewlett-Packard под руководством Р. Стэнли Уильямса (R. Stanley Williams) удалось создать новый базовый элемент электронных схем, принцип работы которого был описан 37 лет назад. Элемент имеет название "мемристор", а его создание стало возможным при применении нанотехнологий. Отмечается, что мемристор способен хранить данные без затрат энергии на протяжении длительного времени, а чтение хранящихся данных происходит моментально при подаче напряжения. Напомним, что термин "memristor" предложил в 1971 году ученый из Калифорнийского университета в Беркли Леон Чуа (Leon Chua), который разработал для него теоретический фундамент и ставил его в один ряд с резистором, конденсатором и катушками индуктивности. Четвертый элемент сформирован пересечением электродов из платиновой нанопроволоки, разделенных пленкой диоксида титана. Его сопротивление можно существенно (на три порядка) изменять, пропуская через него ток. А изменение сопротивления эквивалентно переключению между "0" и "1", при этом энергия затрачивается только в момент переключения. Ученые надеются, что такая технология может претендовать на роль универсальной памяти, которая заменит как динамическую память с произвольным доступом, так и флэш-память. На рисунке представлено 17 мемристоров.
Компания IBM планирует в течение 7-8 лет представить коммерческие образцы памяти, которые составят конкуренцию SSD-накопителям и привычным жестким дискам. Новый тип памяти хранит данные в намагниченных U-образных нанопроволоках, ориентированных перпендикулярно к плоскости чипа. Память содержит множество наноэлементов и не имеет подвижных частей. Также racetrack memory отличается в 100 раз большей емкостью, по сравнению с традиционными носителями данных. Среднее время доступа при чтении/записи составляет 22/32 нс. Для сравнения, средний показатель времени доступа для жесткого диска - 100 тыс. нс, и 6-40 нс для DRAM-памяти. Разработчики нового типа памяти считают возможным достижение 9,5-нс предела. Отмечается, что записанная через основание нанопроводников информация может перемещаться по ним под воздействием электрического поля. Разработчики отмечают, что такая память практически не изнашивается.
Ученые университета штата Мичиган в Анн-Арборе во главе с профессором Роберто Мерлином (Roberto Merlin) разработали способ преодоления дифракционного предела оптических систем, который ограничивает их разрешающую способность. Методика предполагает использование плоской пластины из тефлона и керамики, покрытой слоем меди, которая играет роль дифракционной решетки. На пластину, толщина которой составляет 127 мкм, нанесен рисунок с помощью обычной фотолитографии в виде множества концентрических колец. При этом металлический слой, непрозрачный для света, чередуется с прозрачным. Проводящие слои образуют набор конденсаторов, которые при взаимодействии с падающим на поверхность электромагнитным излучением и проходящим через них, заставляют его фокусироваться в меньший диаметр. Такой подход позволяет сконцентрировать падающее излучение в точку с размерами около 1/20 длины волны, что в 10 раз превосходит дифракционный предел. Отмечается, что обычные линзы не способны сфокусировать световой поток в пятно с диаметром менее половины длины волны.
Специалисты из японской компании Rohm и исследовательского центра института National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) разработали светочувствительный сенсор типа CIGS (Cu-In-Ga-Se), который в 100 раз чувствительнее датчиков типа CCD и CMOS. Отмечается, что сенсор построен на базе технологии, используемой при производстве солнечных батарей CIGS, и способен формировать изображение при освещенности 0,001 лк. А диапазон чувствительности включает ближнюю инфракрасную часть спектра. В планах исследователей - коммерциализация разработки, повышение разрешения и регуляризации размеров пикселей.
Исследователи из университета Эдинбурга и научного центра IBM имени Т. Дж. Уотсона анонсировали совместный 5-летний проект для ускорения разработки лекарств, которые препятствуют распространению ВИЧ. Помимо лабораторных экспериментов, планируется использовать суперкомпьютер IBM Blue Gene для моделирования процессов, происходящих на клеточном уровне. Ученые планируют сконцентрировать усилия на изучении самого процесса инфицирования, а не на традиционном сейчас принципе поддержки зараженного организма. Для этого требуется разработать ингибиторы (замедлители химических реакций) для той части вируса, которая отвечает за внедрение собственного генетического материала в человеческую клетку. Это связано с попыткой исключить возможность мутации вируса в ответ на терапию с использованием одиночных ингибиторов. Проект предполагает изучение фрагмента поверхностного белка вируса, который определяет ответную реакцию иммунной системы человека на вирусную атаку. Исследователи отмечают, что разработанные алгоритмы моделирования позволят узнать, какие молекулы ингибиторов способны влиять на ВИЧ и предотвращать заражение людей.
Группа ученых университета Юты во главе с Аджай Нахатом (Ajay Nahata) разрабатывает элементы системы передачи данных, которая использует терагерцовое излучение. Диапазон дальнего инфракрасного излучения (T-ray) может быть востребован в вычислительных системах нового поколения. На текущем этапе исследователи сконструировали волновод передачи данных на терагерцовой частоте излучения или распределения сигнала по микросхеме. Конструкция представляет собой набор перфорированных пластин (стальной фольги) с габаритами 10х2,5 см и толщиной 625 мкм. Размер перфорационных отверстий, которые и формируют "проводник" для инфракрасного излучения, составляет 500х50 мкм. Формируя взаимное расположение отверстий, исследователи передавали данные в определенном направлении на расстояние до 10 см в диапазоне частот от 0,3 до 10 ТГц, раздваивали и создавали его суперпозицию. В последнем случае использовалось максимальное Х-образное сближение "путей". Отмечается, что фольга из нержавеющей стали выбрана не случайно - более простые материалы не могут работать с такими частотами.