Recently in Physics of electronic Category

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، NTT DOCOMO (اپراتور غالب تلفن همراه در ژاپن و از فعالین صنعت ارتباطات سیار در سطح جهان) به تازگی اعلام کرده است که توانسته است نمونه‌ی اولیه‌ای از تقویت‌کننده‌ی توان را برای استفاده در شش باند فرکانسی بین فرکانس‌های 1.5GHz و 2.5GHz با ضریب شکل کمتر از تقویت‌کننده‌های توان تک باندی که به شکل متداول برای همان كار مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسازد.

اندازه‌ی فشرده‌ی این تقویت‌کننده و قابلیت استفاده (تطبیق پذیری) آن در شش باند، که نیاز به استفاده از چند تقویت‌کننده‌ی تك باندی را از بین می‌برد، سایر قطعات را قادر خواهد ساخت که تنها فضایی برابر با میزان اشغال شده توسط یک تقویت‌کننده‌ی تک بانده اشغال نمایند. تقویت‌کننده‌های توان، مدارهایی الکترونیکی هستند که سیگنال ورودی را به میزانی که برای مخابرات و سیستم‌های ارتباطی مناسب است تقویت می‌کنند.

این نمونه‌ی اولیه از تقویت‌کننده‌ی جدید که بر روی برد مدار چاپی با ابعاد تنها 8.05mm در 6.2mm ساخته شده است، نیازهای عمده‌ی استانداردهای مخابراتی LTE، W-CDMA و GSM را برآورده می‌کند که این مسأله باعث می‌شود تا این تقویت‌کننده برای بیشتر شبکه‌های محلی و بین‌المللی که در گستره‌ی فرکانسی بین 1.5GHz تا 2.5GHz فعالیت می‌کنند، ابزاری مفید باشد.

DOMOCO این تقویت‌کننده را در نمایشگاه بزرگ ارتباطات بی‌سیم در توکیو، در فاصله‌ی زمانی 25 تا 27 می 2011 و همچنین در CommunicAsia 2011در فاصله‌ی زمانی 21 تا 24 ژوئن در سنگاپور به نمایش خواهد گذاشت.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، مرکز ملّی پیاده‌سازی تراشه در تایوان (CIC)، به تازگی شکلی جدید از طراحی بسته‌بندی را معرفی کرده است که ادعا می‌کند می‌تواند قیمت فرایند توسعه را به نصف کاهش دهد و به علاوه زمان لازم برای آماده‌سازی یک محصول جدید برای ارائه به بازار را تا دو سوم کاهش دهد. این روش طراحی تراشه که MorPack نام دارد، به شکل انباشته (stacked) صورت گرفته است که به موجب آن تراشه‌هایی که به تازگی طراحی شده‌اند، می‌توانند بر بالای یک پردازنده قرار داده شوند (البته با وجود جریان هوا در فاصله‌ی بین‌شان)، که این کار فضای مورد نیاز برای نگهداری آن‌ها را کاهش می‌دهد و از طرف دیگر سرعت تبادل اطلاعات بین آن‌ها را با توجه به این‌که به هم نزدیک‌تر شده‌اند افزایش می‌دهد.

در مقاله‌ای که در کنفرانس iMPAS (International Microelectronics And Packaging Society) ارائه شده است، نویسنده، شین لون چن (Shin-Lun Chen) از CIC، ساختار MorPACK (که اختصار یافته‌ی morphing package است) را به عنوان "بستر یک‌پارچه‌ی ناهمگون"ی از بخش‌های مجتمعی که به عنوان ساختارهای اساسی در کنار هم قرار می‌گیرند و به تراشه امکان اشغال فضای کمتری می‌دهند، توصیف می‌کند. او همچنین تأکید می‌کند که به دلیل نزدیکی زیاد تراشه‌ها در یک ساختار انباشته، تمهیدات ویژه‌ای باید برای برطرف کردن مشکل حرارت انجام شود.

این بسته‌ی انباشته از سمت پایین از قطعات زیر تشکیل شده است: ابتدا در پایین‌ترین بخش، پردازنده قرار دارد که بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی حرارت است و احتمالاً گرماگیری در بالای آن قرار گرفته است. بر روی آن لایه‌های تراشه‌ای قرار دارند (که با واسط‌هایی به هم متصل‌اند) تا پیوند با تراشه‌های حافظه را برقرار سازند و پس از آن هم واسط‌های دیگری برای دستگاه‌های جانبی به شکل مشابه قرار گرفته‌اند. در نهایت بر روی این بخش‌ها تراشه‌های سفارشی قرار می‌گیرند که توسط شرکت‌هایی که MorPACK را برای استفاده در تجهیزات خود خریداری کرده اند، طراحی شده‌اند.

چیوِتزی در (ChiuehTzi-Dar)، مدیر کل آزمایشگاه CIC که تراشه در آنجا طراحی شده است، در مصاحبه‌ها بیان کرده است که این تراشه می‌تواند برای هر نوع دستگاهی که تراشه‌های مجتمع را به کار می‌گیرد، مورد استفاده قرار گیرد؛ که البته شامل تمام دستگاه‌های مصرفی مانند تلفن‌های همراه و دوربین‌ها هم خواهد بود. اگر چنین ادعایی درست باشد، تمام این دستگاه‌ها را می‌توان با اندازه‌ای کمتر از اندازه‌ی کنونی‌شان ساخت چون تراشه‌های مورد کاربرد. با وجودی ‌که اندازه‌ی ساختار کنونی MorPACK چهار سانتی‌متر در چهار سانتی‌متر است، چون مینگ هوانگ (Chun-ming Huang) سرپرست این پروژه بر این باور است که او و گروهش خواهند توانست که آن را به یک چهارم این اندازه برسانند، که این کار دستگاه‌های نامبرده را به اندازه‌ای که فراتر از حد تصور کوچک خواهد کرد.

مخلوطی قابل اشتعال از فلز و اکسیژن می‌تواند گشاینده‌ی راهی به سوی الکترونیک انعطاف‌پذیرتر باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، گروهی از پژوهش‌گران توانسته‌اند راه‌حلی شیمیایی را توسعه دهند که در آن از گرمای داخلی اتم‌های فلز و اکسیژن برای آمیختن آن‌ها استفاده می‌شود و پوسته‌هایی با خاصیت نیمه‌رسانایی، در دمای پایین شکل پیدا می‌کنند. این راه‌کار می‌تواند راه را برای نسل بعدی الکترونیک نازک‌پوسته و انعطاف‌پذیر به شکل ارزان، هموار کند. گزارش این تحقیق، که نتایج بررسی بر روی پوسته‌هایی از چند ترکیب گوناگون را نشان می‌دهد، در مجله‌ی Nature Materials ارائه شده است.

الکترونیک نازک‌پوسته‌ی متداول که در صفحات نمایش‌گر تخت امروزی استفاده می‌شود بر اساس ساختارهای بی‌نظم یا غیر بلوری سیلیکون استوار است. امّا این سیلیکون غیر بلوری، تقریباً به حد نهایی کارایی خود رسیده است و یک دسته از مواد جدید (اکسیدهای غیربلوری) به‌زودی در مرحله‌ی تجاری شدن قرار خواهندگرفت. الکترون‌های این اکسیدهای غیر بلوری می‌توانند بسیار بیشتر از سیلیکون غیر بلوری و با همان سرعت، عمل بزرگ‌نمایی را انجام دهند که این مسأله باعث افزایش سرعت در حوزه‌ی الکترونیک خواهد شد. همچنین برخلاف سیلیکون، اکسیدها جریان را به شکل یکسان در هر راستایی حمل می‌کنند که این مسأله آن‌ها را کاندیدای مناسبی برای کاربردهای الکترونیک قابل خمش، مانند آرایه‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر و نمایش‌گرهای روی هم جمع شونده یا قابل انباشت (roll-up) می‌نماید.

برای ساخت این پوسته‌های نازک، مهندسان در آغاز به عمل کاتدپرانی روی آوردند که در آن ماده‌ی بخار شده به سمت ماده‌ی هدف که داخل یک محفظه‌ی خلا بود، پرتاب می‌شد. این فرایند در صورتی‌که ماده را بتوان به جای یک محلول اعمال کرد، ذاتاً ارزان قیمت است، امّا طرفداران روش محلول محور بایستی با فیزیک نامناسبی روبه‌رو شوند. گرما باید برای متراکم کردن اکسید فلز به آن اعمال شود و در صورتی‌که ماده تا میزان 300 درجه‌ی سانتیگراد گرم شود، عمل‌کرد بهتری خواهد داشت که البته این مقدار تقریباً 100 درجه بالاتر از بیشترین میزان قابل تحمل برای پلاستیک‌های انعطاف‌پذیر است.

بسیاری از اکسیدهای فلزی نازک‌‌پوسته که به عنوان راه‌حل مطرح شده اند، با استفاده از آب و نمک‌های شامل آب ساخته شده‌اند. در صورتی‌که دما به اندازه‌ی کافی افزایش یابد، اتم‌های اکسیژن به اتم‌های فلز پیوسته و زنجیره‌ای نامنظم از پیوندهای فلز با اکسیژن را تشکیل می‌دهند. این گروه دریافته است که اگر سوختی مانند acetylacetone یا اوره در این ترکیب باشد، می‌تواند انرژی درونی این ترکیب را افزایش دهد.
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش روی این گروه، یافتن راهی برای رویارویی با تغییرات ساختاری ایجاد شده در فرایند سوختن بوده است. گرمای داخلی می‌تواند باعث ایجاد حفره‌هایی در پوسته‌های تولیدی شود. به گفته‌ی یکی از اعضای گروه، این حفره‌ها برای حس‌گرها و کاتالیزورها که به سطح زیادی نیاز دارند، مفید هستند. امّا این شکاف‌ها از آنجائی‌که همپوشانی بین ابرهای الکترونی را کاهش می‌دهند و در نتیجه‌ی آن توانایی انتقال جریان را کم می‌کنند، برای پوسته‌های نازک زیان‌آور هستند.

فَکچِتی (Facchetti) از اعضای این گروه که با شرکت Polyera نیز هم‌کاری می‌نماید، می‌گوید: «یکی از چالش‌های بزرگ، اطمینان از این است که ما خواهیم توانست یک پوسته‌ی با چگالی بالا بسازیم. راه‌کار نهایی برای حل مشکل حفره‌ها که به وسیله‌ی این گروه ارائه شده است به این شکل است که باید به تناوب عمل رسوب‌گزاری و حرارت دادن را برای ساخت پوسته‌ی نهایی، از لایه‌های نازک انجام داد.

سؤال بزرگی که باید در کارهای بعدی پاسخ داده شود، چگونگی پایداری این قطعات است. ولتاژ آستانه‌ی لازم برای روشن کردن این ترانزیستورها، در اثر استفاده انحراف پیدا می‌کند که این رفتار در دماهای کم، مشکل‌سازتر می‌شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، شرکت نیمه‌هادی‌های NXP به تازگی مبدل DAC1627D، مبدل دیجیتال به آنالوگ 16بیتی دو کاناله‌ی LVDS را که نرخ آپدیت خروجی تا 1/25 Gsps را پشتیبانی می‌کند، معرفی کرده است. این مبدل جدید و بسیار سریع، برحسب ویژگی‌های عملکرد دینامیکی، دارای بهترین فاکتور SFDR تک آهنگ در كلاس خود است و همچنین اعوجاج تداخلی دو آهنگ بهتری را در باند گسترده‌ی فرکانس خروجی 200 مگاهرتز از خود نشان می‌دهد.

با توسعه‌ی کاربردهای زیربنایی بیسیم، این مبدل به طور کامل و با حاشیه‌ی ایمن با مشخصه‌های پوشش طیفی GSM چند حامله و نیز LTE و LTEِ انتقال پیشرفته، سازگار و هماهنگ است. در نتیجه، مبدل DAC1627D برای ایستگاه‌های پایه‌ی رادیویی چند-استاندارد مناسب است و به مهندسان طراح اجازه می‌دهد که معماری انتقال DAC منفردی را به کار گیرند که این کار ریز هزینه‌های مواد را در سیستم کاهش می‌دهد.

فلینت پالسکَمپ (Flint Pulskamp)، تحلیل‌گر ارتباطات بیسیم و ارتباطات بر پایه‌ی سیم نیمه‌هادی در IDC (International Data Corporation) می‌گوید: «پیشرفت‌های فن‌آوری در زیرساخت‌های تلفن همراه نیاز به کارایی بیشتر در مبدل‌های داده‌ی بخش RF را بیشتر کرده است. پرده‌برداری NXP از DAC1627D، كه یك مبدل دیجیتال به آنالوگ با کارایی بالا و سریع از این شركت است، یک راه‌حل قانع‌کننده در این بخش رو به گسترش به شمار می‌رود.»

مائوری وود (Maury Wood)، مدیر خط تولید مبدل‌های سریع NXP می‌گوید: «این موفقیت اعلام شده، یعنی کارآمدترین مبدل دیجیتال به آنالوگ RF، نتیجه‌ی چند دهه تجربه و نوآوری در مبدل‌های داده‌ی با كارایی بالا است. اگر این دستاوردها را با موارد دیگری از همین دست، همچون CGVxpress™ و CGV™ كه اجرای صنعتی ارتباط سریال سرعت‌بالای JESD204A است، ترکیب کنیم، خواهیم دید که NXP برنامه‌ای دارد که به تأمین برجسته‌ترین نیازهای حوزه‌ی انتقال سیگنال دیجیتال رادیویی جامه‌ی عمل خواهد پوشاند. NXP به همکاری نزدیک با مشتری‌هایش به منظور تعریف سطوح جدیدی از کارایی در مبدل‌های دیجیتال به آنالوگ با فرکانس رادیویی در نسل بعدی تولیدات خود در زمینه‌ی ایستگاه‌های رادیویی و سایر کاربردهای مخابرات دیجیتال و تركیب سیگنال، ادامه خواهد داد.

این مبدل المان‌هایی مانند همزمان‌سازی چند ابزاری (MDS) از تکنولوژی CGV شرکت NXP را به کار می‌گیرد که مشکل همزمان‌سازی و تأخیر در سیستم را در بسیاری از کاربردهای مخابرات دیجیتال، مانند MIMO و آرایه‌های فعال آنتن ایستگاه‌های رادیویی حل خواهد کرد.

همچنین در آینده‌ی نزدیک در كنفرانس علمی نظریه‌ها و تكنیك‌های مایكروویو (IMS2011)، NXP مبدل DAC1627D1G25 به علاوه‌ی مدولاتور BGX7100IQ را بر روی برد مدار چاپی ارائه خواهد کرد که در مجموع عمل‌کرد بهتری را منجر خواهد شد.

شرکت Texas Instruments به تازگی نسل جدید فن‌آوری بیسیم توان خود را که هشتاد درصد از نمونه‌های پیشین کوچک‌تر است، معرفی کرده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، این ابزار بسیار کوچک جدید که با درجه‌ی بالایی مجتمع‌سازی شده است، کار طراحان را در شارژ بیسیم طرح‌های موجود و جدید برای ابزارهای همراه و قابل انتقال مانند تلفن‌های همراه هوشمند، سیستم‌های بازی، دوربین‌های دیجیتال و تجهیزات پزشکی و صنعتی آسان‌تر کرده است.

مدار مجتمع گیرنده‌ی bq51013، اصلاح مشخصه‌ی ولتاژ و کنترل کامل توان به روش بیسیم را در یک پکیج WCSP با ابعاد 1.9mm در 3mm با هم ترکیب کرده است. این ابزار جدید، توان خروجی را تا اندازه‌ی 5 وات پشتیبانی می‌کند، دارای راندمان تبدیل AC به DC برابر با 93 درصد است و تنها آی‌سی مورد نیاز بین سیم‌پیچ گیرنده و سیستم است.

سامی کیریاکی (Sami Kiriaki)، نایب رئیس ارشد مرکز مدیریت توان TI می‌گوید: « تولیدکننده‌های تلفن‌های هوشمند و ادوات الکترونیکی مصرفی، به توان بیسیم نیاز دارند و TI برای کمک به مصرف‌کننده‌ها برای استفاده گسترده از این فن‌آوری که شرایط را برای کسانی که می‌خواهند تجهیزات خود را شارژ کنند، آسان می‌کند، در موقعیت مناسبی قرار دارد. طراحان می‌توانند برای مجتمع‌سازی سریع بخش توان بیسیم در کاربردهای کنونی و جدید، با کمترین تأثیر بر روی اندازه‌ی کلّی، از bq51013 استفاده کنند.

ویژگی‌های کلیدی و مزایای این بسته‌ی جدید عبارتند از:
- این آی‌سی پربازده و فشرده‌ی گیرنده‌ی توان، شامل یکسوسازی تمام‌پل همزمان، اصلاح مشخصه‌ی ولتاژ و کنترل توان بیسیم در یک ابزار به شکل یکجا است.

- ابعاد کم بسته‌ی WCSP این آی‌سی، اجازه‌ی مجتمع‌سازی راحت با کمترین اثر اندازه را خواهد داد. فضای اشغالی این دستگاه، 80% کمتر از نسل نخست گیرنده‌های TI است.

- این گیرنده و فرستنده‌ی متناظر با آن (bq500110)، ادواتی کنسرسیومی و اشتراکی (کنسرسیوم توان بیسیم WPC) و تابع Qi هستند که این اشتراک، قابلیت هماهنگی بین تجهیزات همراه مختلف را تضمین خواهد کرد.

- محافظت درونی ولتاژ، جریان و شرایط ناخواسته‌ی دمایی ما را از کارکرد قابل اطمینان و امن سیستم مطمئن می‌کند.

- راندمان پیک 93 درصدی، موجب کاهش جهش حرارتی داخل سیستم می‌شود، درحالی‌که نرخ شارژ را تا اندازه‌ای قابل مقایسه با یک آداپتور AC افزایش می‌دهد.

گیرنده‌ی توان بیسیم bq51013 با بسته‌ی WPC در تعداد 1000تایی قیمتی معادل 3.5 دلار دارد.

برای اطلاعات بیشتر در این رابطه می‌توانید به سایت شرکت TI مراجعه نمایید:

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، شرکت الپیدا، پیشگام ژاپنی جهان در تهیه‌ی حافظه‌های دینامیکی با دسترسی مستقیم (Dynamic Random Access Memory یا DRAM) به تازگی اعلام کرده است که توانسته است با استفاده از فن‌آوری 25نانومتر که هم‌اکنون در صنعت حافظه‌ها پیشتاز است، موفق به ساخت SDRAM نوع DDR3 دوگیگابیتی شود. با به‌کارگیری پیشرفته‌ترین فن‌آوری در دسترس، الپیدا توانسته است به کوچک‌ترین اندازه‌ی تراشه‌ برای این نوع از حافظه‌ها در مقیاس صنعتی دست یابد.

فن‌آوری جدید 25نانومتر الپیدا در مقایسه با مورد قبلی که با فن‌آوری 30نانومتر ساخته شده است، به 30 درصد سطح سلول کمتری برای هر واحد بیت نیاز دارد. خروجی تراشه‌ی این حافظه‌ی جدید هم به ازای هر ویفر، در مقایسه با مورد پیشین تقریباً 30 درصد بیشتر است.

از آنجایی‌که این حافظه موجب مصرف توان کمتری به‌وسیله‌ی PCها و مصرف‌کننده‌های الکترونیکی دیجیتال می‌شود، زیان کمتری برای محیط زیست خواهد داشت و از این رو دوست‌دار محیط زیست خوانده می‌شود. همچنین به دلیل نیاز به جریان کمتر (15% جریان نقطه کار عادی کمتر و 20% جریان حالت Standby کمتر) عمل‌کرد بهتری هم نسبت به حافظه‌ی 30نانومتر خواهد داشت.

هنگام ساخت و توسعه‌ی حافظه‌ی 25نانومتری، تغییرات مورد نیاز برای انتقال فن‌آوری از 30نانومتر به کمترین اندازه رسانده شد تا هزینه‌های لازم برای تولید انبوه با فن‌آوری 25نانومتر کاهش یابد.

الپیدا قصد دارد تا پایان سال 2011، تولید انبوه حافظه‌های 4گیگابیتی SDRSM DDR3 را با به‌کارگیری فن‌آوری 25نانومتر نیز آغاز کند. در مقایسه با فن‌آوری 30نانومتر، افزایش 44 درصدی خروجی‌ها به ازای هر ویفر برای این حافظه‌ها پیش‌بینی می‌شود. به‌علاوه فن‌آوری 25نانومتر جدید، برای حمایت از توسعه‌ی بیشتر حافظه‌های تجهیزات سیار مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

حافظه‌ی دو گیگابیتی مورد بحث توانایی پشتیبانی سرعت‌های بالاتر از DDR3-1866 (با سرعت 1866مگابیت‌بر ثانیه) را دارد و در ضمن با DDR3L-1600 که در سرعت بالا و با ولتاژ پایین 1.35 ولت کار می‌کند نیز سازگاری دارد.

پیش‌بینی می‌شود تولید اولیه‌ی این حافظه‌ی جدید و تولید انبوه آن، هر دو در جولای 2011 آغاز شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، شرکت توشیبا به تازگی اعلام کرده است که موفق به ساخت فلش مموری NAND با فن‌آوری 19نانومتر شده است، که این مورد بهترین سطح ساخته شده تاکنون می‌باشد. این فن‌آوری پیشرفته، پیش از این به تراشه‌های دو بیت بر سلول 64 گیگابیتی که کوچک‌ترین مورد در دنیا هستند و بیشترین چگالی را روی یک تراشه دارند اعمال شده است (8 گیگابایت). توشیبا علاوه بر این، محصولات 3 بیت بر سلول را با همین فن‌آوری 19نانومتر، در برنامه‌ی خود قرار داده است.

نمونه‌هایی از این محصول جدید، در انتهای این ماه در دسترس خواهند بود و تولید انبوه آن به ماه‌های جولای تا سپتامبر سال 2011 موکول خواهد شد.

توشیبا پیش‌گام صنعت ساخت تراشه‌های حافظه‌ی فلش NAND با چگالی بالا و اندازه‌ی کوچک بوده است. استفاده از فن‌آوری نسل 19نانومتر اندازه‌ی تراشه را بیش از پیش کاهش می‌دهد و به توشیبا این امکان را می‌دهد که 16 تراشه‌ی 64گیگابیتی حافظه‌ی NAND را در یک پکیج گردآوری کرده و بتواند 128گیگابایت فضا را در تلفن‌های همراه و تبلت‌ها ارائه کند. محصولات با فن‌آوری 19نانومتر، با محافظ DDR2 که سرعت انتقال اطلاعات را افزایش می‌دهد تجهیز خواهند شد.

در بازار تجهیزات همراه مانند تلفن‌های همراه، رایانه‌های تبلت و SSDها (محرکه‌های حالت جامد) تقاضا به سوی حافظه‌های با چگالی بالاتر و اندازه‌ی کوچکتر در حال افزایش است. با شتاب گرفتن تغییرات فن‌آوری در حافظه‌های فلش NAND، توشیبا خواهد توانست پیشتازی و پیشگامی خود را در این گستره حفظ و تقویت کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، شرکت توشیبا به تازگی افزایش کیفیت فلش مموری‌های NAND خود را با معرفی نسل جدید خانواده‌ی 24نانومتری با نام "NAND هوشمند" که مدیریت خطا را در داخل بسته‌ی NAND مجتمع‌سازی می‌کند، اعلام کرده است. تراشه‌های جدید، با پشتیبانی طراحی ساده‌ی Host-side، درخواست نسل پیشرفته‌ی فرآیند NAND را در محصولات پرکاربردی مانند پخش‌کننده‌های صوتی دیجیتال، رایانه‌های تبلت، تجهیزات اطلاعاتی، تلویزیون‌های دیجیتال و سایر کاربردهایی که به حافظه‌های با چگالی بالا و غیرفرار نیاز دارند تأمین می‌کند.

نمونه‌هایی از این محصول جدید از اواسط آوریل امسال در دسترس بوده و تولید انبوه آن هم تا ماه ژوئن آغاز خواهد شد.

در سری بسته‌‌های NAND هوشمند، تکنولوژی NAND Flash 24نانومتري، با یک تراشه‌ی کنترل‌کننده که کد تصحیح خطا (ECC) را پشتیبانی می‌کند، مجتمع‌سازی شده است. در آخرین رده‌بندی پنج نوع از اين تراشه‌ها در ظرفیت‌های 4 تا 64 گیگابایت قرار گرفته‌اند و مخصوصا با هدف برداشتن بار ECC (تصحیح خطا) از روی پردازنده‌ی مرکزی، البته با كمترين تغييرات در پروتكل طراحی شده‌اند. کاربرد NANDهای هوشمند در دستگاه‌های همراه چند رسانه‌ای، رایانه‌های همراه تبلت و سایر محصولات مصرفي دیجیتالی خواهد بود.

این محصول 24 نانومتری جدید در آینده در صف جایگزینی با موارد 32نانومتری قرار خواهد گرفت و پردازش پیشرفته‌ی آن به همراه کنترل‌کننده‌ها و ارتباطات داخلی سریع‌تر، باعث انجام سریع‌تر عملیات خواندن و نوشتن خواهد شد و عملکرد کلی را بهبود خواهد داد. NANDهای هوشمند همچنین گستره‌ی بالایی از سرعت خواندن و نوشتن را بسته به مقصد مورد نظر برای داشتن سرعت بهينه جهت رسيدن به طراحی مناسب پشتیبانی می‌کنند. به علاوه چهار وجه کاری برای خواندن و دو وجه کاری برای نوشتن در دسترس خواهد بود.

این محصول جدید شامل ویژگی‌های جدیدی است که برای کاربردهای با کارایی و ظرفیت بالا مناسب است. در محصولات دیجیتالي، مدیریت خطای بیت برای رسيدن به سطح قابل قبولی از کارایی و ضریب اطمینان، یک مسأله‌ی اساسي است. نصب بخش مديريت خطا با به‌كارگيري ابزارهاي NAND در یک بسته‌ي منفرد، به کاربران محصولات توشیبا اجازه مي‌دهد در كنار استفاده از مزایای ظرفیت بالا، مدیریت خطای خوبی هم داشته باشند.

تقاضا برای تراشه‌های با چگالی زياد که کیفیت بالای تصویر و قدرت ذخیره‌ی بالا را پشتيبانی مي‌كنند، رو به افزایش است؛ به ویژه برای حافظه‌های جاسازی شده با یک تابع کنترل‌کننده که ملزومات توسعه را به حداقل می‌رساند و مجتمع‌سازی را در طراحی سيستم ساده می‌کند. توشیبا با عملكرد خود، خود را به عنوان یک پیشگام در این مقوله‌ی كليدی معرفی کرده است و در حال تقویت قدرت راهبردی خود به وسیله‌ی بهبود بیشتر NANDهای هوشمند است.

تجاری‌سازی نخستین صفحه‌های LCD کوچک و متوسط جهان با استفاده از نیمه‌رسانای اکسیدی

شرکت شارپ به تازگی توانسته است صفحه‌های LCD با کارایی بالا و با اندازه‌های کوچک و متوسط را با استفاده از نیمه‌هادی اکسیدی InGaZnO بسازد. تولید انبوه این صفحه نمایشگرها در سال جاری در واحد صنعتی شماره 2 کامی‌یاما آغاز خواهد شد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، همگام بودن با تقاضای بالا برای صفحه نمایشگرهای با ابعاد کوچک و متوسط مورد استفاده در تلفن‌های همراه و تبلت‌ها، همراه با نیاز به افزایش کیفیت نمایش خواهد بود که خود شامل مواردی مانند وضوح بالا و کیفیت بالای تصویر، سبک وزنی، طراحی کم‌حجم و فشرده و راندمان بالای انرژی است.

شرکت شارپ با همکاری شرکت آزمایشگاه انرژی نیمه‌رسانا، ترانزیستوری نازک-غشا را با استفاده از ماده‌ی جدید InGaZnO توسعه داده است (که در نوع خود نخستین مورد در دنیا است) و آن را به شکل تجاری در خواهد آورد. در این ساختار، امکان ساخت صفحه‌های نمایشگر با بازدهی انرژی بالا، با کاهش اندازه‌ی ترانزیستور و افزایش میزان نور عبوری در هر پیکسل، فراهم شده است. به علاوه، فن‌آوری منحصربه‌فرد UV2A شارپ، کیفیت بالای نمایش را در اندازه‌های کوچک و متوسط صفحه نمایش، قابل دستیابی کرده است. برای این محصول با کیفیت بالا که از نظر قیمت هم قابل رقابت در بازار است، از نسل هشتم بسترهای شیشه‌ای استفاده شده است و از خط تولید شماره‌ی 2 کامی‌یاما برای شروع تولید انبوه آن در سال جاری استفاده می‌شود.

واحد صنعتی شماره‌ی 2 کامی‌یاما از آگوست سال 2006، فعالیت خود را آغاز کرده است وصفحه‌های نمایشگر کریستال مایع تلویزیون را می‌ساخته است. از هم‌اکنون، این مجموعه علاوه بر مورد پیشین، ساخت صفحه‌های نمایشگر کوچک و متوسط LCD را آغاز خواهد کرد. شارپ هم تلاش خود را برای پیشرفت جدیدترین فن‌آوری نمایشگرها با استفاده از فن‌آوری تولید منحصربه‌فرد خود ادامه خواهد داد.

شرکت NXP سمای‌کنداکتور ساخت کوچک‌ترین بسته‌ی پلاستیکی منطقی را با ابعاد 0.9 در 1.0 در 0.35 میلی‌متر با گام 0.3 میلی‌متر، معرفی کرده است.

طراحی بسته‌بندی‌های فوق فشرده برای تجهیزات سیار دستی پیشرو مانند تلفن‌های همراه، تبلت‌ها و کارت‌هایSD که فضای تراشه و برد را به شکل موثری بهبود می‌بخشد، بسیار ایده‌آل است. بسته‌ی SOT1115 اندازه‌ی بسته را ده درصد برای نسخه‌ی 6 پین در مقایسه با کوچک‌ترین بسته‌ی قبلی (SOT891) که برای تولید آن، NXP از یک میلیارد واحد استفاده کرده است، کاهش داده است. بسته‌ی 8 پین SOT1116 هم که در مقایسه با کوچک‌ترین مورد 8 پین قبلی (SOT833) به اندازه‌ی 60 درصد کاهش اندازه داشته است، تولیدکنندگان را قادر خواهد ساخت تا به شکلی اساسی اندازه‌ی مدار چاپی (PCB) خود را کاهش دهند.

پیر یووس (Pierre-Yuves)، نایب رئیس و مدیر عمومی بخش میکروکنترلر و مدارهای منطقی NXP می‌گوید: «تلفن‌های همراه و کتاب‌خوان‌های الکترونیکی در حال کوچک‌تر شدن و باریک‌تر شدن هستند. هم‌زمان با تلاش تولیدکنندگان برای ترکیب ویژگی‌ها و کارکردهای بیشتر و جاسازی در فضاهای محدودتر، تراشه‌های منطقی، انعطاف‌پذیری بیشتری را در بسته‌بندی‌های کوچک فراهم می‌آورند. مدار منطقی مانند پیوند دهنده‌ای است که همه چیز را به هم مربوط می‌کند. به عنوان بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی بسته‌های پلاستیکی بدون سرب در جهان، ما همگام با جدیدترین نیازها و نیازمندی‌های مشتریان در بازار فعالیت می‌کنیم. آخرین بسته‌‌های مدارهای منطقی بدون سرب ما به شکل چشمگیری اندازه‌ی بسته‌ها را کاهش داده‌اند و امکان طراحی نازک‌تر تلفن‌ها، تبلت‌ها و سایر تجهیزات قابل حمل را به وجود آورده‌اند.»

NXP بررسی‌هایی را که بر روی راه‌های شکست مکانیکی بسته‌‌های مدار منطقی خیلی کوچک وجود دارد انجام داده و به این نتیجه رسیده است که بسته‌بندی‌های پلاستیکی بدون سرب در اصطلاح مکانیکی، در چسبندگی با PCB بهتر عمل می‌کنند. در مقایسه با بسته‌‌هایی با اندازه‌ و شکل مشابه، بسته‌های بدون سرب NXP، از بسته‌های سرب دار و بدون سرب WCSP عمل‌کرد بهتری خواهند داشت؛ زیرا نیاز به نیروی چهار برابر بیشتر برای بیرون راندن دارند که علّت آن داشتن ارتباط بیشتر با PCB در بسته‌های بدون سرب NXP است که موجب عملکرد مکانیکی بهتری می‌شود.

محصولات جدید NXP، SOT1115 و SOT1116 پس از تولید انبوه با قیمت‌های 16.0 و 0.21 دلار در دسترس خواهند بود.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به بخش محصولات شرکت NXP مراجعه نمایید.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهش‌گران دانشگاه وارویک پنجره‌ای طلا اندود را به عنوان الکترود شفاف برای سلول‌های خورشیدی آلی ساخته‌اند. برخلاف چیزی که در نگاه اول ممکن است انتظار داشته باشیم به دلیل اینکه ضخامت طلای مورد استفاده تنها هشت میلیاردم متر است، این الکترودها قابلیت این را دارند که نسبتاً ارزان قیمت باشند. این ضخامت خیلی کم به این معنی است که با قیمت کنونی بالای طلا، هزینه‌ی طلای لازم برای ساخت یک متر مربع از این الکترود چیزی در حدود چهار و نیم پوند است. به علاوه می‌توان به آسانی آن را از سلول خورشیدی در زمان پایان عمرش بازیابی کرد و از آنجائی‌که پیش از این، طلا به شکل گسترده در شکل‌دهی اتصالات داخلی با قابلیت اطمینان بالا مورد استفاده قرار می‌گرفته است، با صنعت الکترونیک ناآشنا نیست.

در سلول‌های خورشیدی آلی مدت‌های زیادی شیشه‌ی پوشانده شده با ایندیم قلع اکسید (ITO) به عنوان الکترود شفاف مورد استفاده قرار ‌گرفته است؛ البته این مسأله بیشتر به دلیل نبود ماده‌ای برای جایگزینی بوده است. ITO ماده‌ای پیچیده و ناپایدار است که در سطح خود ناهمواری زیادی دارد و در صورتی‌که روی بستر پلاستیکی قرار گیرد، به مجرد خم کردن تمایل به شکنندگی دارد.

یک پوسته‌ی بسیار نازک از یک فلز که در معرض هوا پایدار باشد مانند طلا، جایگزین مناسبی برای ITO خواهد بود؛ امّا امکان قرار دادن یک پوسته‌ی به اندازه‌ی کافی نازک به عنوان پوسته‌ای شفاف و بدون شکنندگی و مقاومت الکتریکی به شکل مفید، تاکنون اثبات نشده است.

اکنون این پژوهش که به وسیله‌ی دکتر روس هَتون (Ross Hatton) و پروفسور تیم جونز (Team Jones) در دانشگاه وارویک سرپرستی می‌شود، روشی سریع را برای آماده‌سازی پوسته‌های بسیار نازک و مستحکم طلا بر روی شیشه ابداع کرده‌اند. مهم‌تر این‌که این روش را می‌توان برای کاربردهای مقیاس بالا مانند سلول‌های خورشیدی هم به کار برد و الکترودهایی که به دست خواهند آمد، از نظر شیمیایی کارایی خوبی خواهند داشت.

دکتر هتون می‌گوید: «این روش جدید در ساخت الکترودهای شفاف بر پایه‌ی طلا قابلیت استفاده برای دسته‌ی گسترده‌ای از کاربردهای با مساحت زیاد را خواهد داشت. به ویژه در کاربردهایی که پایداری، کارایی شیمیایی و الکترودهای بسیار نرم نیاز باشد؛ مانند دستگاه‌های الکترونیکی- نوری آلی و زمینه‌های رو به پیشرفت نانوالکترونیک و نانوفوتونیک.»

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید:

ادوات نیمه‌هادی بر پایه‌ی سیلیکون بر صنعت میکروالکترونیک حکم‌فرما بوده و برای ساخت مدارهای مجتمع با چگالی بالا شامل حافظه‌ها و تجهیزات پردازشی به کار می‌روند. با این وجود، سیلیکون در نوار انرژی خود دارای یک شکاف غیرمستقیم (indirect band gap) است که کاربرد آن را در ساخت ادوات فوتونیک مانند LEDها و لیزرها به شدت محدود می‌کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، یک راه‌حل ابتکاری برای این مشکل، می‌تواند مجتمع‌سازی ادوات سیلیکونی با LEDهای ساخته شده با ترکیبات نیمه‌هادی با شکاف نواری مستقیم در شکل مدارهای مجتمع نوری-الکترونیکی (OEICها) باشد.

هم‌اکنون آکیهیرو واکاهارا (Akihiro Vakahara) و همکارانش در دانشگاه صنعتی تویوهاشی (Toyohashi Tech)، نخستین تحقق را از یک مدار شمارنده‌ی یک بیتیOEIC، با خروجی نوری نشان داده‌اند که شامل یک ترانزیستور اثر میدانی سیلیکونی است و با LEDهای گالیم فسفاید نیتراید (GaPN) بر روی یک تراشه مجتمع‌سازی شده است.

مدارهای مجتمع یک پارچه با استفاده از یک شبکه‌ی تطبیق شده‌ی هتروساختار Si/GaPN/Si که در یک سیستم دو حفره‌ای از اِپیتَکسی باریکه‌ی ملکولی (MBE) بر روی بسترهای سیلیکونی رشد یافته بود، ساخته شدند (ساختار ایجاد شده با مجموعه‌ای از اتصالات بین دو لایه یا ناحیه که هتروپیوند، heterojunction نامیده می‌شود، را هتروساختار، heterostructure گویند). به شکل قابل ملاحظه، رشد لایه‌ی پوشش سیلیکونی، در دمای بالاتر از 850 درجه سانتیگراد باعث کاهش چشم‌گیر ولتاژ آستانه تا اندازه‌ی 2.1- ولت و افزایش موبیلیته‌ی کانال ترانزیستور تا اندازه‌ی 82 cm2Vs می‌شود. این بهبود از کاهش میزان مشارکت فسفر در فرآیند رشد لایه‌ی روکش ناشی می‌شود.

مدار این شمارنده‌ی تک بیتی که با استفاده از هتروساختار n-Si/p-GaPN/n-GaPN/GaP/n ساخته شده است، عملکرد متعادلی را از خود نشان داده است که در آن نور قرمز ساطع شده از نمایشگرهای ورودی و خروجی با ولتاژهای منطقی ورودی و خروجی همزمان است.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید:

K.Yamane, et al. Operation of Monolithically-Integrated Digital Circuits with Light Emitting Diodes Fabricated in Lattice-Matched Si/III-V-N/Si Heterostructure. Applied Physics Express 3, 074201, (2010)

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، شرکت الپیدا مموری اعلام کرد توانسته است حافظه‌ی DDR2 چهار گیگابیتی، برای کاربردهای سیار را با به‌کارگیری فن‌آوری جدید 30 نانومتری تولید کند. این حافظه‌ی جدید، با ولتاژ تغذیه‌ی پایین (1.2 ولت) دارای نرخ انتقال اطلاعات سریعی برابر با 1066 مگابیت بر ثانیه است و به طور کلی جریان کاری آن 30 درصد کمتر از تولیدات دو گیگابیتی تکنولوژی 40 نانومتری الپیدا است. در میان طراحی‌های پیچیده‌ی مداری و فن‌آوری‌های پیشرفته مربوط به فرآیند تولید، این حافظه دارای کمترین اندازه‌ی تراشه در بین تولیدات چهار گیگابیتی LPDDR2 در جهان است. به علاوه، این مورد یکی از حافظه‌های دوست‌دار محیط زیست است که با مصرف توان کم خود، هدفی مهم برای تجهیزات همراه مانند تلفن‌های هوشمند و رایانه‌های تبلت خواهد بود که باعث می‌شود این دستگاه‌ها مدت زمان بیشتری بتوانند از باتری‌های خود استفاده نمایند.

در حال حاضر بازار رو به گسترش تلفن‌های هوشمند همراه و تبلت‌ها، در حال تلاش برای بهبود و گسترش ویژگی‌های مثبت سیستم‌ها و کارکرد بهتر آن‌ها است. به عنوان یک نتیجه، چگالی مورد نیاز یک حافظه‌ی DRAM در حال افزایش است و نیاز فزاینده‌ای هم برای حافظه‌های با چگالی بالا - هشت گیگابیتی برای تلفن‌های همراه پیشرفته و شانزده گیگابیتی برای آخرین مدل تبلت‌ها- وجود دارد. به شکل هم‌زمان، نیاز شدیدی هم برای بسته‌های حافظه‌ی DRAM سبک‌تر، نازک‌تر و کوچک‌تر وجود دارد و توجه شرکت‌های سازنده به سوی فن‌آوری‌های پیشرفته‌ی بسته‌بندی مانند فن‌آوری بسته روی بسته (PoP) و یا تراشه‌ی چندبسته‌ای (MCP) جلب شده است.

شرکت الپیدا قصد دارد تا نمونه‌هایی از RAMهای DDR2 جدید را به شکل‌های PoP، بسته‌های FBGA و همچنین به شکل بدون روکش برای MCP روانه‌ی بازار کند. دسته‌های PoP و FBGA با فن‌آوری اهرم بندی کامل پشته‌سازی ماتریسی ساخته شده‌اند تا بتوانند فاصله‌ی گسترده‌ی محصولات هشت گیگابیت تا شانزده گیگابیت را پوشش دهند و بر همین اساس توانایی پاسخ‌گویی بسیاری از نیازهای مشتری‌ها را داشته باشند. حافظه‌ی جدید 4 گیگابیتی، با بسته‌ی 0.8 میلی‌متری، نازک‌ترین بسته‌بندی کنونی می‌باشد (حافظه‌ی 8 گیگابیتی شامل دو تراشه‌ی 4 گیگابیتی پشته‌سازی شده خواهد بود) که نیاز به این نوع حافظه را نه تنها با چگالی بالا، که با اندازه‌ی کوچک‌تر نیز برآورده می‌سازد.

پس از این‌که نانوفن‌آوری راه‌حلی را برای مشکل عمده‌ی تلفن‌های همراه که عبارت بود از شارژ روزانه، پیدا کرد، احتمالاً خواهد توانست برای مشکل قطع شدن مکالمه‌ها هم راه‌حلی بیابد. تلفن‌های همراهی که در آن‌ها باتری‌ها ظرف چند ساعت تخلیه می‌شوند واقعاً آزار دهنده‌اند، امّا قطع شدن تماس‌ها هم که از گیرنده‌های معیوب ناشی می‌شود، به همان اندازه آزاردهنده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، این مشکل به تازگی با توجه به موفقیتی که پژوهشگران دانشگاه ایلینویز در ساخت آنتن سه بعدی برای تلفن‌های همراه به دست آورده‌اند و نتیجه‌ی کار خود را به شکل تجاری هم در آورده‌اند، کم‌رنگ‌تر شده است.

در این تحقیق که در ابتدا در مجله‌ی مواد پیشرفته‌ی Wiley منتشر شده است، پژوهش‌گران با استفاده از روش چاپ جوهر افشان که از نانوذرات نقره استفاده می‌کند و آن را بر روی بخش داخلی یا خارجی یک گنبد کوچک نیم‌کره‌ای می‌پاشد، موفق به انجام این کار شده‌اند.

جنیفر ا. لوئیس (Jennifer A. Lewis)، استاد هلندی علوم و مهندسی مواد و سرپرست آزمایشگاه پژوهشی مواد فردریک سیتز در دانشگاه ایلینویز، می‌گوید: «تا جایی که ما اطلاع داریم، این نخستین باری است که آنتن‌های سه بعدی بر روی سطوح منحنی شکل ایجاد می‌شوند. چاپ همه‌سویه‌ی جوهرهای از جنس نانوذرات فلزی، روش جالبی را برای پاسخ‌گویی به ضریب شکل‌های مورد تقاضای آنتن‌های کوچک الکتریکی (ESAها) سه بعدی فراهم می‌کند.»

عمل‌کرد آنتن‌های تلفن‌های همراه روی‌هم رفته به خوبی کوچک‌سازی کلی انجام شده در اجزای مختلف آن با ویژگی‌هایی چون بهره، راندمان، پهنای باند و گستره‌ی آسیب رسانی، نبوده است.

بر اساس گفته‌ی جنیفر ت. برنهارد (Jennifer T. Bernhard)، استاد دانشکده‌ی برق و کامپیوتر دانشگاه ایلینویز، آنتن‌های سه بعدی ساخت این گروه پژوهشی، از لحاظ معیارهای عملکرد به مراتب بهتر از طراحی‌های منوپل نوعی هستند.

برنهارد در مقاله توضیح می‌دهد: «مشکل حداقل کردن نسبت انرژی ذخیره شده به انرژی ساطع شده (Q) در یک ESA مدت‌هاست که مطرح است. با چاپ مستقیم بر بستر سطح نیمه‌کره، ما یک آنتن تک‌حالتی کاملاً چندمنظوره خواهیم داشت که ضریب Q آن خیلی به مقدار نهایی که با قوانین و محدودیت‌های فیزیکی تعیین شده است (که با نام کران چو، Chu limit شناخته می‌شود)، نزدیک خواهد بود.

پژوهش‌گران ادعا می‌کنند که این طراحی، می‌تواند به سرعت با مشخصات مختلف مانند فرکانس‌های کاری مختلف، اندازه‌ی ابزارها یا طراحی‌های مربوط به محفظه تطابق داده شود.

ساخت سلول‌های خورشیدی آلی با غشای نازک، با توجه به یافته‌های پژوهشی اخیر تا اندازه‌ی زیادی ساده شده است. جایی که سابقاً دو نوع نیمه‌هادی آلی مورد نیاز بود، تزریق فولورینِ (fullerene، ملکول کروی یا استوانه‌ای از ترکیب اتم‌های کربن) نیمه‌هادی همراه با موليبدن اکسید (molybdenum oxide) موجب عدم لزوم استفاده از phthalocyanine (ترکیب کودینانسی تعداد زیادی از عناصر) می‌شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، مؤسسه‌ی علوم مولکولی، مؤسسه‌ی ملّی علوم طبیعی ژاپن در تاریخ سوم مارس 2011 اعلام کرده است که یک گروه پژوهشی به سرپرستی ماساهیرو هیراماتو (Masahiro Hiramato)، موفق به تبدیل نوع رسانای فولورین از نوع n به نوع p با تزریق ناخالصی مولیبدن اکسید (MoO3) شده است. جزئیات این بررسی در مجله‌ی Applied Physics Letters در 28 فوریه‌ی 2011 به صورت آنلاین منتشر شده است.

با وجود اینکه سلول‌های خورشیدی نازک‌پوسته‌ی آلی به دلیل مزایایشان از جمله سبک بودن، انعطاف بالا و قیمت پایین، تجهیزات مفید و امیدوارکننده‌ای هستند، نوع رسانای نیمه‌هادی‌های آلی هنوز مانند آن‌چه در مورد سیلیکون انجام می‌شود، با تزریق ناخالصی قابل کنترل نیست. دو گونه از نیمه‌رساناهای آلی، فولورین نوع n (C60) و phthalocyanine نوع p (Pc)، برای شکل‌دهی میدان‌های ایجاد شده‌ی داخلی در سلول‌های خورشیدی مورد نیاز هستند.

پژوهشگران خاطر نشان کرده‌اند که MoO3 برای افزایش حفره‌ها در مواد شب‌تاب الکترونیکی آلی به کار می‌روند. آن‌ها موفق شده‌اند که نوع رسانشی C60 را به کمک بخار کردن MoO3 و C60، از نوع n به نوع p تغییر دهند. مقدار انرژی تراز فِرمی 4.60 الکترون-ولت برای پوسته‌های بدون ناخالصی C60 که با روش خازن لرزشی کلوین اندازه‌گیری شده است، با استفاده از ناخالصی بخار شده‌ی MoO3 در غلظت 300 ppm و رسیدن به نوار والانس قرارداده‌شده در 6.4 الکترون-ولت، به طور مثبت تا اندازه‌ی 5.88 الکترون-ولت بالا می‌رود. نوار انرژی خمشی بالایی در اتصال شاتکی ایجاد شده در سطح مشترک بین فلز (نقره، Ag) و پوسته‌ی C60 نوع p که با تزریق MoO3 شکل یافته است، بر اساس مشخصات فوتوولتائیکی تثبیت می‌شود. سلول‌های خورشیدی آلی می‌توانند تنها با استفاده از یک ماده‌ی منفرد، مانند فولورین C60 ساخته شوند.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله رجوع کنید:

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، استاندارد تنظیم ساعت‌ها در ایالات متحده یک ساعت اتمی سزیم در بولدر کولورادو است که در هر روز کمتر از یک نانوثانیه عقب می افتد. این ساعت به اندازه یک اتومبیل کوچک بوده و حدود یک کیلووات توان مصرفی دارد. ساعت‌های اتمی با دقت پایین‌تر که در مقاصد تجاری کاربرد دارند، که زمان را با ارتعاش اتم‌ها معین می‌کنند، معمولا به اندازه یک چمدان معمولی هستند، با این وجود همچون ساعت پیشین غیرقابل حمل هستند. اما امروزه، برای نخستین بار، ساعتهای با دقت اتمی در اندازه‌های کوچک و با مصرف توان مناسب در وسایل باتری‌خور به اندازه‌ی تقریبی کوله‌پشتی در دسترس هستند، شاید روزی یک ساعت اتمی را بتوان در تلفن‌های هوشمند به‌کار برد.

اوایل امسال، موسسه‌ی سیمتریکام (Symmetricom)، در سان جوز کالیفرنیا، اولین ساعت اتمی تجاری در مقایس تراشه را به نام SA.45s معرفی کرد. اندازه‌ی این ساعت 4 در 3/5 در 1/1 سانتیمتر، وزن آن 35 گرم، و مصرف آن نیز مقدار ناچیز 115 میلی‌وات است. دقت این ساعت کوچک کمتر از نصف میکروثانیه در هر روز است.

به گفته استیو فاسی (Steve Fossi)، مدیر توسعه‌ی تجارت نوین سیمتریکام، تمامی ابزار و قطعات یک ساعت اتمی در مقیاس کامل در نسخه‌ی با مقیاس تراشه جاداده شده‌اند. سلولی رزونانسی شامل سزیم 133 و یک میانگیر (buffer) گازی تا زمانی که بخاری از سزیم با چگالی مناسب در سراسر سلول پخش گردد گرم می‌شود. این بخار با استفاده از نور ناشی از لیزر نیمه رسانایی، روشن می‌شود که در فرکانسی تقریبا برابر 9/192 گیگاهرتز که برابر با فرکانس طبیعی نوسان اتم‌های سزیم است، مدوله می‌گردد. هنگامی که پرتو تابیده شده اتم‌ها را به حالتی از نوسان می رساند، این اتم‌ها بخش اندکی از نور را جذب کرده و به این ترتیب فتون‌های عبور یافته از سلول را می‌توان به منظور تعیین اینکه آیا فرکانس مدولاسیون پرتوهای لیزر با فرکانس رزونانس اتم‌ها انطباق دارند یا خیر به‌کار برد. سپس یک سروموتور می تواند فرکانس مدولاسیون لیزر را در رزونانس اتمی قفل نماید و موجب ثابت ماندن خروجی ساعت شود.

به گفته‌ی فاسی، قراردادن همه اینا در یک تراشه کار بزرگی نبود، برای مثال سلول رزونانسی، که اتم های سزیم تا زمان بخار شدن حرارت می‌بینند بایستی بسیار کوچک باشد. «تیم طراحی ما می بایستی از حذف یک محصول MEMS (سیستم های میکروالکترومکانیکی) مهندسی شده تا دست یافتن به سلول فعلی با حجم 2 میلیمتر مکعب پیشرفت نماید.»

به گفته‌ی جان کیچینگ (John Kitching)، موسس گروه ابزارها و تجهیزات اتمی در موسسه‌ی استاندارد و فن‌آوری ملی ایالات متحده، NIST، میکروماشین‌کاریِ MEMS در عناصر اصلی ساعت تفاوت عظیمی در کارایی آن ایجاد نموده است. «تا هفت یا هشت سال پیش، تولید کنندگان همچنان از تکنیکهای شیشه‌گری به منظور شکل دادن به محدوده های بدون درز در سزیم استفاده می کردند.» کیچینگ که گروه NIST وی از سال 2001 تا 2006 پیش‌گام کوچک سازی ساعت های اتمی و اولین گروهی بود که یک ساعت اتمی بر مبنای عناصر تولید شده در ابعاد میکرو را به نمایش گذارد اینگونه ادامه می‌دهد: «این بدان معنا بود که ساخت سلول‌های بسیار کوچکتر از یک سانتیمتر مکعب بسیار مشکل بود. کوچک کردن سلولها تا اندازه‌ی یک یا دو میلیمتر مکعب بصورت قابل توجهی میزان حرارت مورد نیاز برای رسیدن ساعت به دمای کاری آن را کاهش داد، که این امر، به این ابزار در دستیابی به مشخصه‌های توانی فعلی‌اش کمک شایانی نمود.» کیچینگ در توسعه‌ی ابزار سیمتریکام شرکتی نداشت.

به تعبیر کیچینگ، تغییر به نوع جدیدی از لیزر انتشار سطحی کاواک عمودی (vertical-cavity surface-emitting) به منظور گرم کردن سلول رزونانس به همان اندازه قدم مهمی محسوب می شود. به گفته‌ی وی پیش از این ساعت‌های اتمی نوعاً از لامپ‌های تخلیه‌ی بار استفاده می‌کردند که به توان زیادی نیاز داشت. سال‌ها زمان برد تا طول موج لیزر به اندازه‌ی کافی ثابت گردد تا بتواند فرکانس ساعت را در رنج 10 x 10^(-10) هرتز و در دمای کاری 10- تا 70 درجه سانتی گراد نگه دارد.

کاربردهای متعددی وجود دارند که در آنها ساعت اتمی در مقیاس تراشه، مناسب است، اما این ساعت اولین بار در گیرنده‌های GPS مورد استفاده قرار گرفت. به گفته فاسی امروزه یک ابزار GPS باید قادر به دیدن چهار ماهواره باشد تا بتواند موقعیت خود را تعیین کند. افزودن ساعت اتمی این امکان را به گیرنده می‌دهد که تنها با سه ماهواره این کار را انجام دهد، «و اگر ارتفاع برایتان مهم نباشد، می توانید تنها با دو ماهواره نیز اینکار را انجام دهید. لذا این وسیله در مناطق شهری بسیار مفید خواهد بود، پیشرفت در کارایی یک واحد GPS برحسب مدت زمان ثابت شدن روی ماهواره‌ها تعیین می گردد.»

بنابر اظهارات فاسی، ارتش ایالات متحده اکنون علاقه‌مند به استفاده از این ساعت است، و به منظور استفاده در GPS وسایل نقلیه و هواپیماها نیز در حال آماده سازی است. سیمتریکام هم اکنون در حال کار با پیمانکاران ارتش که فاسی از ذکر نام آنها خودداری نمود و نیز در نسخه های قابل حمل در کوله‌پشتی‌ها است. هدف نهایی ساخت ابزار دستی GPS با دقت ساعت اتمی است.

یکی از کاربردهای بالقوه‌ی مهم این وسیله در کاوش‌های نفت و گازهای زیر دریا است. هنگام کاوش در زیر اقیانوس‌ها، شرکت‌های گاز شبکه‌ای از سنسورهای حرکتی و صوتی را بر روی کف اقیانوس آرایش می‌دهند. قایقی روی سطح آب پالس‌های صوتی را از سطح آب به سمت زمین زیر آن می‌فرستد. پالس منعکس شده نشان‌دهنده‌ی لایه‌های مختلف رسوب و سنگ است، سنسورها زمان موج‌های بازتابی را با استفاده از یک ساعت بسیار دقیق ثبت می‌کنند. دادهای پردازش شده مهندسین را قادر به ساخت تصویری از لایه‌های ترکیبی در کف اقیانوس می‌سازد. میزان کیفیت تصویر وابسته به دقت ثبت در حوزه‌ی زمان است. به گفته فاسی ساعت اتمی تراشه-مقیاس سیمتریکام میزان دقت را 10 تا 30 برابر افزایش داده و تنها 20 درصد از توان مصرفی مورد استفاده در استیلاتور کریستالی استفاده شده در این کاربرد را مصرف می کند.

به گفته‌ی فاسی مدتی طول خواهد کشید که این تراشه‌ها در حوزه‌ی الکترونیک مصرفی حضور یابند. در ایالات متحده این تراشه‌ها با قیمت 1500 دلار، بسیار گرانتر از ابزارهای رایج مورد استفاده هستند و نیز برای قرار گرفتن در یک تلفن هوشمند، هم بسیار بزرگ هستند و هم توان مصرفی بالایی دارند. به گفته‌ی وی «اگر به آینده بنگرید، می‌توانید تصور کنید که این امر چگونه رخ خواهد داد، اما برای تحقق این منظور کار مهندسی فراوانی لازم است که باید انجام دهیم.»

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، نانوسیم‌هایی که به شکل "آجرهای منطقی" درآمده‌اند می توانند مبنایی برای نانوپردازنده‌های کم‌توان قرار گیرند.

به گفته‌ی پژوهش‌گران دانشگاه هاروارد ترانزیستورهای ساخته شده از نانوسیم‌های سیلیکون‌دار، ژرمانیوم - که از ترانزیستورهای قدیمی بسیار کوچک‌تر هستند - برای اولین بار در واحدهای منطقی برنامه پذیر قرار داده شدند. چنین واحدهایی، که روی یک‌دیگر بصورت لایه لایه خوابانده شده اند، می تواند مبنایی در پردازنده های کوچک گردد که توانایی کنترل میکروروبوت و یا راه اندازی مانیتورهای قابل کاشت پزشکی را خواهند داشت.

پروفسور چارلز لیبر (Charles Lieber) و همکاران وی، در سال 2006 ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) از جنس نانوسیم‌های سیلیکون/ژرمانیوم را نمایش دادند؛ طول آن‌ها تنها 18 نانومتر بود و از سیلیکون FETهای معمولی نیز بیشتر کارایی داشت. ولی ساخت بادوام و سازگار آن‌ها کاری مشکل بود. لیبر می‌گوید: «پژوهش‌گرانی همچون من بسیار علاقه دارند تا درباره مزایای این سیلیکون ها سخن بگویند اما آن‌ها به اندازه کافی قابل تکثیر نبوده‌اند تا بتوانند به صورت مدارهای بزرگتر جمع شوند.»

اما گروه لیبر در گزارش این هفته‌ی مجله‌ی نیچر بیان داشتند که قادر به ساخت آرایه‌ای برنامه‌پذیر از نانوسیم‌ها شده‌اند که می‌تواند تا هشت گیت متمایز منطقی داشته باشد. آن‌ها چنین آرایه‌ای را "آجر منطقی (logic tile)" نامیدند، با این فرض که آجرهای چندگانه به منظور انجام عملیات منطقی پیچیده‌تر، می‌توانند به یکدیگر متصل شوند و ساختار بزرگ‌تری ایجاد نمایند.

نانوسیم‌ها از هسته‌ای به پهنای 10 نانومتر از جنس ژرمانیوم تشکیل شده‌اند که با یک پوسته‌ی سیلیکونی به ضخامت 2 نانومتر پوشیده شده‌اند. ابداع اولیه به منظور پوشاندن این سیم‌ها با یک روکش سه‌لایه‌ای از: عایق آلومینیوم اکسید به عنوان اولین لایه سپس زیرکونیوم اکسید و در آخر لایه‌ی دیگری از آلومینیوم اکسید، صورت گرفت. این ماده‌ی سه‌لایه، سیم‌ها را قادر می سازد تا حامل‌های بار را سد کرده، و موجب شود آن‌ها همچون یک حافظه‌ی غیرفرار قادر به فعالیت نماید، و حتی هنگامی که هیچ جریانی برقرار نیست، سبب نگهداشتن یک وضعیت مثبت یا منفی گردد. نانوسیم‌ها به موازات یکدیگر با یک سورس و درین در دو انتها آرایش داده شده‌اند. یک سری از الکترودهای گیت فلزی بطور عمود از سیم ها عبور می‌کند. هر نانوسیم شامل ترانزیستورهای چندگانه است، چرا که هر محل برخورد بین نانوسیم و گیت فلزی یک ترانزیستور را مشخص می‌سازد.

این طراحی امکان ایجاد ترانزیستورهای بیشتری در یک سطح مشخص، در مقایسه با آنچه ترانزیستورهای متداول نیمه‌هادی اکسید فلزی تکمیلی (CMOS) به آن خواهند رسید، فراهم می‌کند. به گفته لیبر در صورتی که ترانزیستورهای CMOS طبق آنچه بسیاری از محققین پیش‌بینی می‌کنند به پهنای 16 نانومتری برسند، هم‌چنان هشت برابر یک ترانزیستور نانوسیمی فضا اشغال می‌کنند. اما وی هم‌چنان عنوان نمی‌کند که فن‌آوری وی بتواند جایگزین CMOS گردد. او می گوید: «ما می توانیم روی چگالی‌های بسیار بالا تمرکز کنیم اما دست‌یابی به سرعت بسیار بالا رویایی است.» لیبر پیش‌بینی می‌کند که ترانزیستورهای وی بتوانند در سرعتی بین 10 تا 100 مگاهرتز فعالیت کنند و این در حالی است که سرعت CMOS روی گیگاهرتز می باشد. از سوی دیگر ترانزیستورهای وی توان بسیار کمتری نیاز دارند. در حالی که CMOSهای آتی قرار است 10 تا 100 نانووات در هر عنصر ترانزیستوری استفاده کنند، بنا به پیش بینی لیبر، ادوات وی نیازمند تنها 1 نانووات در هر عنصر خواهد بود. این امر، این ترانزیستورها را در کاربردهایی که وسیله‌ی مورد استفاده کوچک بوده و نیازمند مصرف کم است و جایی که پردازش سریع لازم نیست، به ابزاری ایده‌آل تبدیل می‌کند. برای مثال، آجرهای منطقی ممکن است کنترل کننده‌ای را برای وسیله‌ی میکروالکترومکانیکی ایجاد کنند، لذا این وسیله دیگر لازم نیست که به یک پردازنده‌ی بزرگ‌تر خارجی متصل شود. این واحدها هم‌چنین می توانند برخی از دسته‌های حسگرهای زیستی (biosensor) را به‌کار بیاندازند تا بتوانند مانیتورینگ دایم از وضعیت پزشکی یک فرد را مهیا کنند.

به گفته‌ی ژانگ لین وانگ، مدیر مرکز شناسایی نانوسازه در موسسه‌ی جئورجیاتک، مفهوم استفاده از آرایه‌های ساده از ترانزیستورها و جمع کردن آنها به شکل یک پردازنده‌ی پیچیده‌تر (روش پایین به بالا) یکی از بزرگ‌ترین ابداعات نانوفن‌آوری می باشد. به گفته‌ی وانگ، آجر نانوپردازنده‌ی گروه پژوهشی لیبر «نمایانگر حرکتی روبه جلو در پیچیدگی و کارایی مدارهای ساخته شده از روش پایین به بالا بوده و لذا نشان دهنده‌ی این است که الگوی پایین به بالا، که از روش تجاری مدارهای امروزی کاملاً متمایز است، می‌تواند در نانوپردازنده‌ها و سایر سیستم های مجتمع آینده به‌کار گرفته شود.»

به گفته ی لیبر، چالش بعدی دست یافتن به کنترل بهتر در تطبیق نانوسیم‌ها روی تراشه‌ها در محل‌هایی که در آن قرار می گیرند به همراه کاهش تغییرات ولتاژ روشن- خاموش در سیم‌های مجزا خواهد بود. اگر محققین بتوانند آجرهای منطقی هم‌شکل‌تری بسازند، می‌توانند تعدادی از آن‌ها را به یک‌دیگر متصل نمایند، کاری که لیبر پیش بینی می‌کند طی یک یا دو سال آینده آن را انجام خواهد داد. او امیدوار است که موفقیت‌هایی که تیم وی گزارش داده‌اند، موجب جلب سرمایه گذاری‌های بیشتری در این فن‌آوری گردد و به پیشرفت پروژه کمک نماید. او می‌گوید: «ما در نهایت پیشرفت‌های چشمگیری در پردازنده‌هایی در اندازه‌ی نانو که با روش پایین به بالا مجتمع می‌شود کسب خواهیم کرد.»

مقدار اندکی روی می تواند آسیب فراوانی به گرافین وارد آورد. محققین دانشگاه رایس، از این مزیت برای ایجاد لیتوگرافی لایه‌ی تک اتمی استفاده نموده اند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از آزمایشگاه شیمی جیمز تور، که در این هفته از ژورنال ساینس منتشر گردید، روی پاشیده شده بر گرافین چند لایه این امکان را برای این تیم آزمایشگاهی فراهم نمود که یک لایه منفرد را بدون از بین بردن لایه‌های زیرین جدا نمایند.

این کشف جدید همچنین می تواند برای پژوهش‌گرانی که در حال بررسی ویژگی‌های الکتریکی گرافین در نسل‌های جدید میکرومدارها و سایر ادوات بر پایه‌ی گرافین هستند مفید باشد.کشف گرافین، شکل ضخیم تک اتمی از کربن، موجب برنده شدن آخرین جایزه‌ی نوبل فیزیک برای کاشفان آن گردید.

به منظور ساخت یک الگوی سه بعدی، محققین با حذف لایه های افقی و عمودی صفحه‌ای شطرنجی از جنس گرافین ساختند.

آنها همچنین یک جغد در اندازه میکرو چاپ کردند، نماد خوش شانسی دانشگاه رایس، که اندازه‌ی آن حدودا 15 میلیونیوم متر بود. به گفته‌ی تور(Tour) پژوهش‌گر دانشگاه رایس: «جدا کردن یک لایه منفرد از گرافین یا گرافین اکسید، شگفت انگیز بود. ما فکر می کردیم که با استفاده از این پروتکل چندین لایه جدا خواهد شد، اما دیدن این‌که لایه های منفرد جدا می‌شوند یکی از شگفت‌انگیزترین رویدادها در جهان علم بود که طبیعت بیش از آنچه انتظارش را داشتیم به ما کمک نمود.»
تور بیان کرد که قابلیت جداسازی لایه های منفرد گرافین در یک حالت کنترل شده «نیازمند دقیق ترین ابزار طرح‌یابی ممکن در حال یا آینده خواهد بود، به‌طوری بتوان به دقت تک-اتمی در بعد عمودی دست یافت. این مسئله برای همیشه حدی در الگوی در طرح‌یابی عمودی خواهد بود؛ ما به حد پایین این مقیاس دست یافته‌ایم.»
آیرات دیمیو (Ayrat Dimiev)، دانشمند فوق دکترای آزمایشگاه تور، این تکنیک را کفش کرد و این سوال را مطرح کرد که چرا گرافین تا این حد متمایل به الگویابی است. او روی را بر گرافین اکسید و سایر مواد گوناگون ساخته شده از طریق تبدیلات شیمیایی، رسوب‌سازی شیمیایی با بخار و روش میکرومکانیک (روش " Scotch-tape") پاشید. شستشوی گرافین در هیدروکلوریک اسید رقیق شده، سبب جدا شدن گرافین در تمامی قسمت‌هایی شد که روی به آن برخورد نمود و لایه های زیرین را دست نخورده باقی گذارد. سپس گرافین با آب شستشو داده شد و در بخار نیتروژن خشک گردید.
در مورد جغد، دیمیو یک الگو را در PMMA با پرتو الکترون برش زد و آنرا روی گرافین اکسید قرار داد. وی با پاشیدن روی بر سطح الگو زده‌شده و پوشاندن آن و سپس شستشوی روی موجود بر سطح با استفاده از هیدروکلریک اسید رقیق شده، جغد را بر روی سطح جاسازی نمود.
گرافین پوشیده شده با آلومینیوم نیز همین اثر را از خود نشان داد. اما زمانی که دیمیو روی را با استفاده از فرایند تبخیر به‌کار بست، گرافین دست نخورده باقی ماند.
بررسی انجام شده بر سطح پاشیده شده پیش از شستشو با اسید نشان داد که فلزات بروز دهنده نواقص در گرافین، پیوندهای شش ضلعی مشابه سیم‌بندی قفسی (chicken wire) خود را با لایه‌ی محاط خویش مانند یک برش دهنده می شکند. روی پاشیده شده، آلومینیوم، طلا و مس، همگی اثرات مشابهی را از خود نشان دادند، هرچند که روی، بهترین فلز در نمایاندن، الگویابی مطلوب بود.
پژوهش‌گران موفق به ایجاد یک خط 100 نانومتری در یک لایه از گرافین شدند که این امر حاکی از آن است که میزان دقت روش الگودهی فلز تنها حد افقی دقت در این پروسه، می باشد.
تور بیان کرد: «گام بعدی، کنترل الگودهی افقی با دقت مشابه آنچه در بعد عمودی انجام داده‌ایم خواهد بود، سپس دیگر جا برای هیچ بُعدی باقی نخواهد ماند، مگر اینکه دست کم اتم های منفرد را نقطه‌ی پایان خود، برای مقاصد عملی در نظر بگیریم.»

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید.

موادی که جریان الکتریسیته را هدایت می‌کنند و نیز برای ایجاد نور مناسب بوده و شفاف هستند، برای نمایش‌گرهای الکترونیکی، دوربین‌ها و سلول‌های خورشیدی اهمیت دارند. ماده‌ی استاندارد صنعت برای این کاربردها ایندیوم تین اکسید (ITO) است، اما قیمت متغیر و محدودیت تأمین ایندیوم دانشمندان را وادار به جستجوی مواد جایگزین کرده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، یک راه امیدبخش ایجاد شبکه‌های حلقه‌ای شکل از سیم‌های فلزی فوق‌نازک رسانا است که نور می‌تواند از آن‌ها عبور کند. ایوان واکارِلسکی (Ivan Vakarelski) در بخش علوم و مهندسی شیمی موسسه‌ی A*STAR و نیز زیاسانگ تانگ (Xiaosong Tang) و سین اُشیا (Sean O'Shea) از بخش تحقیق و مهندسی مواد موسسه‌ی A*STAR هم‌اکنون پروسه‌ی ایجاد این حلقه‌های ریز را که امکان تولید مقیاس بالا را دارند، تصحیح کرده‌اند.

راز تولید چنین میکروساختارهای پیچیده‌ای به‌کار بردن نانوذرات فلزی برای مونتاژ خودشان با استفاده از یک سوسپانسیون مایع است. این امر نیازمند یک الگوی از پیش تعیین شده برای هدایت خود مونتاژی است (به همان راهی که دانه‌های قهوه به شکل حلقه‌ای در ته فنجان با مایع تبخیر شده شکل می‌یابند).

چند سال پیش واکارلسکی و هم‌کارانش امکان به‌کارگیری میکروذرات لاتکس را به عنوان الگویی برای استفاده‌ی حلقه‌ای در محلولی شامل نانوذرات طلا، اثبات کرده بودند. اُشیا می‌گوید: « مشابه مایع حلال تبخیر شده، یک مایع شبکه‌ای‌ واسط که در اطراف لاتکس ایجاد می‌شود، از پشت شبکه‌ای از میکروسیم‌های شکل داده شده با خود مونتاژی ذرات طلا، خارج می‌شوند. این یک روش ساده برای مقاصد پژوهشی است، اما در مقیاس تولید انبوه کنترل آن مشکل است.»

برای مهار کردن این مشکل، پژوهش‌گران به روشی از لیتوگرافی نوری روی آورده‌اند، که شامل به‌کارگیری پرتو فرابنفش برای ایجاد الگو در پوسته‌ی مربوط به فرآیند تولید ادوات نیمه‌هادی است. سپس بخش‌های ظاهرشده و سخت‌شده در این فرآیند مانند الگوی دقیقی برای خود مونتاژی نانوذرات طلا رفتار می‌کند. واکارلسکی در این رابطه می‌گوید: «اگرچه، تولید کره‌هایی که الگوی ذرات لاتکس را تکرار می‌کنند با استفاده از لیتوگرافی نوری دشوار است. ما ساختارهای پیشنهادی گوناگونی را امتحان کرده‌ایم و دریافته‌ایم تنها ساختارهای گوسی به خوبی کار می‌کند.»

با استفاده از لیتوگرافی نوری برای تولید الگویی از ساختارهای قوسی شکل و راه حل‌های مشابه برای نانوذرات طلا، پژوهش‌گران حلقه‌هایی از میکروسیم‌های کیفیت-بالا (مطابق شکل) تهیه کرده‌اند که هدایت و شفافیت قابل مقایسه باماده‌ی درجه-بالای ITO دارد. اشیا می‌گوید: «مزیت اضافه‌ی ساختار گوسی این است که، بر خلاف میکروذرات لاتکس، ما در مضیقه‌ی توپولوژی شبکه‌ی شش ضلعی نیستیم.» در واقع، این پژوهش‌گران به شکل موفقیت‌آمیزی شبکه‌های مستطیلی، شش‌ضلعی و مثلثی را تولید کرده‌اند. واکارلسکی می‌گوید: «با استفاده از این روش ما در نظر داریم شبکه‌های وابسته را با به‌کارگیری انواع دیگری از ذرات، شامل ذرات نیمه‌هادی، ذرات مغناطیسی، نانولوله‌های کربن، DNAها و پروتئین‌ها بررسی کنیم.»

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید:

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، در کنفرانس بین المللی مدارهای حالت جامد در سان‌فرانسیسکو در فوریه‌ی 2011، پژوهش‌گران اروپایی اولین ریزپردازنده‌ی ساخته شده با نیمه‌هادی‌های زیستی (organic semiconductors) را معرفی کردند. این پردازنده با 4000 ترانزیستور، مداری با منطق 8 بیتی دارای قدرت پردازشی تنها معادل مدل‌های سیلیکونی دهه‌ی 1970 است، ولی یک مزیت کلیدی دارد: این‌که می‌تواند خم شود. طراحان تجهیزات الکترونیکی می‌گویند این تراشه می‌تواند آغازگر راهی به سوی نمایش‌گرها و سنسورهای انعطاف‌پذیر ارزان‌تر شود. در کاربردهایی که نیاز به پیچیدن به دور لوله وجود دارد، برای مثال، برگه‌های سنسور با این پردازنده می‌تواند مقدار متوسط فشار آب را ثبت کند، یا در صنایع غذایی و داروسازی می‌تواند وضعیت فساد غذا و یا فراموشی دارو و... را مشخص کند.

به گفته‌ی جان ژِنُوِه (Jan Genoe) پژوهش‌گر پلیمر و الکترونیک ملکولی در مرکز پژوهش نانوتک بلژیک (nanoelectronics research center)، آی‌مِک (IMEC)، در لِئووِن که سرپرستی این پژوهش را به همراه هم‌کارش کریس ماینی (Kris Myny) برعهده دارد، راه حل این کار برای طراحان تراشه رام کردن ترانزیستورهای زیستی است که تا حدی رفتار سرکشانه دارند. مزیتی که سیلیکون نسبت به مدارات زیستی دارد، ساختار تک بلوری آن است که اجازه‌ی ایجاد کلیدهای خوش رفتار را می‌دهد. اگر شما ولتاژ گیت ترانزیستور را به بالاتر از حدی که ولتاژ آستانه نامیده می‌شود افزایش دهید، جریان شروع به جاری شدن می‌کند. اما ترانزیستورهای زیستی امروزی -که در آن‌ها بسپار (پلیمر) جایگزین سیلیکون شده است- غیر قابل پیش‌بینی هستند، هر کدام می‌توانند آستانه‌ی هدایت کمی متفاوت داشته باشند.

در کاربردهایی که ترانزیستورهای زیستی پیش از این استفاده می‌شدند، مانند روشن و خاموش کردن پیکسل‌ها در برخی از نمایش‌گرهای کتاب‌خوان‌های الکترونیکی، کارکرد نامناسب تعدادکمی از ترانزیستورها در کارکرد کلی سیستم تأثیر نمی‌گذارد. این در حالی است که در مدارهای منطقی، یک ترانزیستور ساده می‌تواند کل سیستم را متوقف کند. به گفته‌ی ژنوه: «اگر تنها یک بیت برای مدت کوتاهی خاموش شود، آنگاه هیچ چیز کار نمی‌کند.»

بنابراین گروه ژنوه گیتی اضافی در پشت هر ترانزیستور زیستی اضافه نموده‌اند. به گفته‌ی وی این گیت پشتی به پژوهش‌گران اجازه می‌دهد میدان الکتریکی را در نیمه‌هادی بهتر کنترل کنند و بنابراین از کلیدزنی تصادفی جلوگیری کنند.

ساختن تراشه‌ی با ضخامت 25 میکرومتر آغاز ایجاد زیر لایه‌ی ساخته شده با پلی اتیلن هیدروکربن یا به عبارتی پلاستیک است. ژنوه می‌گوید: « شما می‌توانید آن را با ماده‌ای که به دور ساندویچ خود می‌پیچید مقایسه کنید. بسیار انعطاف پذیر است.» گروه پژوهشی، لایه‌ای با ضخامت 25 نانومتر از جنس طلا روی آن قرار داده‌اند که برای ساخت مدار الگوسازی شده است. بر روی آن یک دی‌الکتریک زیستی، به همراه دومین لایه‌ی الگوسازی شده‌ی طلا، و در نهایت نیمه‌هادی زیستی ساخته شده از پنتاسین قرار می‌گیرد.

بعد از ساخت تراشه، تیم ژنوه آن را با اجرای یک برنامه 16 خطی برای میانگین‌گیری تغییرات مقادیر ورودی با آنچه در حافظه ذخیره شده است تست کردند. این برنامه، یک نرم‌افزار برای آنچه در دومین تراشه‌ی قابل انعطاف سیم‌بندی شده است، محسوب می‌شود. به گفته‌ی ژنوه این پردازنده می‌تواند شش دستور اجرایی را در یک ثانیه انجام دهد.

ژنوه امیدوار است چنین تراشه‌هایی بتوانند با قیمت یک دهم مدارهای مشابه سیلیکونی ساخته شود اما برای درک این ادعا، تولیدکنندگان نیاز به تفسیر پژوهش‌گران آی‌مِک از لیتوگرافی نوری کنترل شده با دقت زیاد دارند تا با تکنیک تبدیل تولید با مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی به حالتی برسند که در سطح بزرگ قابل به‌کارگیری باشد، یعنی الکترونیک چاپی.

دَن گاموتا رئیس شرکت چاپ الکترونیکی پرینتووِیت تکنولوژی (Printovate Technologies) در پالاتین، I11، می‌گوید: « این امر به سختی آنچه فکر می‌شود نیست.» گاموتا که در این پژوهش مشارکت نداشته است، در دهه‌ی اول 2000، زمانی که در موتورولا سرپرست بود به کاربران ماشین چاپ‌های تجاری آموخته بود که چگونه تکنیک‌های سنتی چاپ جوهر روی کاغذ را برای ساخت نمایش‌گر با الکترونیک چاپی اولیه به‌کار گیرند.

او می‌گوید چاپ کردن مدارهای منطقی باز هم همان ملزومات را خواهد داشت. به گفته‌ی وی برای الکترونیک چاپی امروزی، همانند آنچه در گذشته برای تجهیزات روشنایی پیشنهاد شد، ضخامت ماده بسیار تعیین کننده است، اما برای مدارهای منطقی تولید کنندگان همچنین نیازمند تنظیم لایه‌ها به شکل کاملاً دقیق خواهند بود. این امر علاوه بر ابزارهای جدید اندازه‌گیری نیاز به برنامه‌های جدید آموزش قابلیت اطمینان برای کاربران ماشین چاپ دارد. گاموتا می‌گوید: «یک کاربرالکترونیک چاپی مشابه یک مکانیک است که می‌داند چگونه روی یک اتومبیل فِراری کار کند، در حالی که یک چاپ‌کننده‌ی سنتی نحوه‌ی تعمیر فورد را می‌داند.»

به گفته‌ی گاموتا با وجود این‌که صنعت تولید در حال توسعه است، ولی او باور نمی‌کند مدارهای منطقی زیستی بتوانند حتی چندصد ترانزیستور از میلیون‌ها ترانزیستوری که در تراشه‌های سیلسکونی امروزی به‌کار می‌رود را تشکیل دهد. در عوض او می‌گوید در این حوزه به نظر می‌رسد استفاده از مدارهای زیستی نسبت به پردازنده‌های سیلیکونی مانند برنامه‌ی سایدکیک یک کند ذهن است. او به عنوان مثال خرید یک شلوار جدید را با استفاده از تلفن هوشمند برای ارتباط مستقیم با مدارهای پلاستیکی که درون لباس قرار دارد را توصیف می‌کند. این مدار به شما خواهد گفت که شلوار مربوطه اگر آن را بپوشید چگونه خواهد شد و به این ترتیب امکان پرو مجازی برای شما وجود خواهد داشت.

مشابه گاموتا، گِروین گِلینک که در بخش تراشه‌ی آی‌مک کار می‌کند، معتقد است که مدارهای زیستی کار خود را به عنوان تکمیل کننده‌ی سیلیکون شروع خواهند کرد. گلینک که در مراکز مختلف و مهمی فعالیت داشته است، معتقد است سرانجام شاید مدارهای زیستی پیچیده‌تری در تجهیزاتی مانند نمایش‌گرها، برای کاهش اندازه و قیمت این ابزارها با تراشه‌های سیلیکونی "جانبی" جایگزین شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشی جدید از دانشگاه پنسیلوانیا روشی پایدارتر و ارزان‌قیمت‌تر را در ساخت گرافین -ماده‌ی با مقیاس اتمی که کاربردهای امیدوارکننده در بسیاری از زمینه‌ها دارد و جایزه‌ی نوبل فیزیک در سال 2010 را از آن خود کرده است- نشان داده است.

بر اساس آنچه در مطالعات اخیر شرح داده شده است، یک گروه پژوهشی این دانشگاه توانستند یک نوع از گرافین کیفیت بالا را بسازند که در %95 سطح خود تنها به اندازه‌ی یک اتم ضخامت دارد و در آن از موادی که به راحتی در دسترس هستند و همچنین فرآیند ساختی که قابل گسترش به ابعاد صنعتی باشد، استفاده شده است.

چارلی جانسون (Charlie Johnson) استاد فیزیک که پژوهش‌گر اصلی این تحقیق به شمار می‌آید می‌گوید: «من در جریان گزارش‌هایی که به درصدی به اندازه‌ی 90 رسیده‌اند هستم؛ این پژوهش ما را به اندازه‌ی نهایی که 100 درصد است نزدیک خواهد کرد. ما دیدگاه یک فرآیند تمام صنعتی را داریم.»

سایر اعضای این گروه همگی از دانشجویان تحصیلات تکمیلی گروه فیزیک و نجوم از دانشکده‌ی علوم و هنر دانشگاه پنسیلوانیا هستند. یافته‌های این گروه در مجله‌ی شیمی مواد در دهم فوریه منتشر شده است.

گرافین شامل یک شبکه از اتم‌های کربن است که در ورقه‌های نازکی با ضخامت یک اتم تنها مرتب شده‌اند. ویژگی‌های فیزیکی منحصربه‌فرد آن از جمله هدایت الکتریکی بی‌نظیر می‌تواند منجر به پیشرفت‌های برجسته‌ای در انرژی خورشیدی، ذخیره‌ی انرژی، حافظه‌های کامپیوتری و فن‌آوری‌های دیگری از این قبیل شود. امّا در حال حاضر فرآیند ساخت پیچیده و نتایج معمولاً غیر قابل پیش‌بینی، مانع به‌کارگیری گسترده‌ی آن شده است.

یکی از ترفندهای امیدوارکننده‌ی تولید، CVD یا رسوب‌سازی شیمیایی با بخار (Chemical Vapor Deposition) است که شامل دمیدن متان بر روی ورقه‌های نازک فلز است. اتم‌های کربن در متان یک پوسته‌ی نازک گرافینی را روی ورقه‌های فلز شکل می‌دهند، امّا این فرآیند باید در محیطی مشابه خلأ انجام شود تا از جمع شدن لایه‌های چندگانه‌ی کربن در دسته‌های غیر قابل استفاده جلوگیری شود.

پژوهش گروه دانشگاه پنسیلوانیا نشان داده است که در صورتی‌که ورقه‌های فلزی به اندازه‌ی کافی هموار باشند، گرافین با ضخامت یک لایه می‌تواند با اطمینان در محیط‌های با فشار معمولی ساخته شود.

ژنگتِین لو (Zhengtang Lou) نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی مربوط به این پژوهش می‌گوید: «این حقیقت که این فرآیند در فشار اتمسفری انجام شده است، ساخت گرافین را به شکل ارزان‌تر و با انعطاف بیشتر ممکن می‌سازد.»

با وجود اینکه سایر روش‌ها ورقه‌های مسی را با دقت زیاد و با استفاده از یک فرآیند گران‌قیمت آماده می‌کردند، گروه جانسون از ورقه‌های نازک مسی در دسترس در آزمایش‌هایشان استفاده کرده‌اند. جانسون می‌گوید: «در واقع شما می‌توانید این ورقه‌ها را از یک فروشگاه سخت‌افزار هم تهیه کنید.»

سایر روش‌ها برای داشتن ورقه‌های مسی تا جای ممکن هموار، مجبور به سفارش ورقه‌های مسی گران‌قیمت می‌شوند. خرابی در سطح باعث می‌شود که گرافین به شکل غیرقابل پیش‌بینی انباشته شود. در عوض، گروه جانسون ورقه‌های مسی را به شکلی الکتریکی صیقل داده‌اند که این روش یک روش صنعتی رایج در روسازی نقره‌آلات و ابزارهای جراحی است. ورقه‌ی صیقل داده شده به اندازه‌ی کافی هموار است تا بتواند گرافین تک‌لایه را در %95 سطح خود ایجاد کند.

لو می‌گوید: «در مجموع این سیستم تولید ساده‌تر، ارزان‌تر و انعطاف‌پذیرتر است.»

شاید برجسته‌ترین بخش این ساده‌سازی توانایی ساخت گرافین در فشار محیط، به دلیل پتانسیل اقتصادی آن در رسیدن به خط تولید گرافین در آینده باشد.

جانسون در این رابطه می‌گوید: «اگر شما نیاز به کار در خلأ بالا داشته باشید، باید نگران وارد و خارج کردن محصول تولیدی از اتاق خلأ بدون ایجاد نشتی در آن باشید. اما اگر شما در فشار اتمسفری کار کنید می‌توانید عمل صیقل الکتریکی مس، ته‌نشین کردن گرافین روی آن و سپس ارسال آن در طول تسمه نقاله برای ادامه‌ی فرآیند تولید در کارخانه را ممکن فرض کنید.»

سلول‌های خورشیدی یک فن‌آوری کلیدی در حرکت به سوی تولید پاک‌تر انرژی هستند. متأسفانه این فن‌آوری هنوز از نظر اقتصادی به صرفه نیست و قیمت این سلول‌ها باید کاهش یابد. یک راه برای غلبه بر این مشکل، کاهش مقدار مواد نیمه‌رسانای گران‌قیمت مورد استفاده در این سلول‌هاست؛ امّا سلول‌های نازک پوسته، کارایی کمتری در مقایسه با سلول‌های متداول خواهند داشت.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، یوری آکیموف (Yuriy Akimov) و وی شینگ کُوه (Wee Shing Koh) در مؤسسه‌ی A*STAR مربوط به محاسبات کارکرد بالا در سنگاپور، اکنون بازدهی تبدیل نوری سلول‌های خورشیدی نازک پوسته را با ته‌نشین کردن ذرات آلومینیومی در سطح سلول بهبود داده‌اند.

نانوذره‌های فلزی می‌توانند نور را به شکل بهتری به داخل سلول خورشیدی هدایت کنند و از پراکندگی آن جلوگیری کنند. در سلول‌های ضخیم پوسته‌ی متداول، به علّت جذب کامل نور به‌وسیله‌ی پوسته (به دلیل ضخامت بالای آن) این نانوذره‌ها اثر کمتری داشتند. امّا برای پوسته‌های نازک، این نانوذره‌ها می‌توانند تفاوت بزرگی ایجاد کنند. پراکندگی آن‌ها مدّت زمان ماندن نور در پوسته را افزایش می‌دهد که این کار موجب می‌شود جذب نهایی نور در سلول به مقداری قابل مقایسه با سلول‌های متداول برسد. آکیموف می‌گوید: «این راهکار به ما اجازه می‌دهد تا قیمت تولید این سلول‌ها را تا چند مرتبه کاهش دهیم و روش فوتو ولتائیک را به روشی قابل رقابت با سایر روش‌های تولید انرژی تبدیل کنیم.»

پژوهش‌گران راندمان جذب نور سلول‌های خورشیدی را با نانوذره‌هایی با جنس‌ها و اندازه‌های گوناگون مدل‌سازی کرده‌اند. به شکل ویژه آن‌ها نانوذره‌های دو ماده‌ی نقره و آلومینیوم را با هم مقایسه کرده‌اند. در بیشتر بررسی‌ها بر روی این موضوع، نانوذره‌های نقره ترجیح داده می‌شوند. نانوذره‌های نقره دارای تشدیدهای نوری در بخش مرئی طیف دارند که در متمرکز کردن نور در سلول خورشیدی بهتر کار می‌کنند. متأسفانه در این بین یک مصالحه برقرار است و آن این‌که تشدید نوری سبب جذب نور به‌وسیله‌ی نانوذره‌ها نیز می‌شود که به معنی کاهش بازدهی سلول‌های خورشیدی است.

در مورد نقره، این تشدید دقیقاً در بخش کلیدی طیف سلول خورشیدی قرار می‌گیرد، به گونه‌ای که جذب نور قابل ملاحظه است. امّا در مورد نانوذره‌های آلومینیوم این گونه نیست و این تشدیدها خارج از بخش مهم طیف نور قرار می‌گیرند. به علاوه، نانوذره‌های آلومینیوم، عمل اکسایش را به شکل بهتری انجام می‌دهند و ویژگی‌هایشان با تغییر شکل و اندازه تغییر کمتری خواهد داشت و مهمتر این‌که ویژگی پراکندگی آن‌ها در مقایسه با نانوذره‌های نقره قوی‌تر است. آکیموف می‌گوید: «ما دریافته‌ایم که نانوذره‌هایی که از آلومینیوم ساخته شده‌اند کارکرد بهتری در قیاس با سایر مواد در افزایش به دام اندازی نور در سلول‌های خورشیدی نازک پوسته دارند. ما بر این باوریم که ذرات آلومینیومی می‌توانند در تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی نازک پوسته کمک شایانی کنند.»

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به مقالات زیر مراجعه نمایید:

خطای مجاز در اندازه‌ی مشخصه، شکل و جایگذاری در نسل آینده‌ی تراشه‌های کامپیوتری که با لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) ساخته شده باشند، در گستره‌ی چند نانومتر تا کمتر از یک نانومتر خواهد بود.
برای دستیابی به این مقدار مجاز، ناهمواری کناری مشخصه‌ها که به طور متداول ناهمواری لبه خط (LER) نامیده می‌شود، لازم است کمتر از دو نانومتر باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران مرکز علم و فن‌آوری نانومقیاس (CNST) وابسته به مؤسسه‌ی ملّی استاندارد و فن‌آوری امریکا (NIST) و آزمایشگاه ملّی لورنس برکلی، یک مدل عددی را که می‌تواند دو منبع بارز LER را در نظر بگیرد، ایجاد کرده‌اند. این دو منبع عبارتند از: آمار کوانتومی پرتودهی و ایجاد مقاومت؛ و ناهمواری ترکیبات پوششی.
روکش LER چیزی حدود 10 نانومتر ضخامت دارد که روی ویفر با استفاده از سیستم عکسبرداری 5X EUV به 2 نانومتر کاهش خواهد یافت.

این مدل میزان جبران ضرر نسبی‌ای که هر منبع LER در شرایط گوناگون عکسبرداری و پردازش به ویفر وارد می‌کند را تعیین می‌کند. این مدل همچنین LER ویفر را پیش‌بینی می‌کند و به علاوه میزان تغییری که در اثر عکسبرداری، پرتودهی و فرآیند ساخت در محتوای فرکانسی روکش‌ها ایجاد می‌شود را هم تشخیص می‌دهد.

پژوهشگران دریافته‌اند که ترکیب‌هایی از فرآیندها وجود دارند که در آن‌ها روکش القاشده‌ در اثر ناهمواری، جبران‌کننده‌ی اصلی LER ویفر هستند، امّا اثر فرکانسی آن به تنهایی از بخش‌های پرتودهی و آمار فرآیند ساخت، غیرقابل تشخیص است. بنابراین، روش‌های سنجه‌شناسی مستقیم دیگری علاوه بر محتوای فرکانسی LER ویفر برای تعیین نقش و اثر هر قسمت مجزا لازم خواهد بود. این کار ادامه‌ی پیشرفت فن‌آوری ساخت نیمه‌رساناها را حمایت خواهد کرد.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید:

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، مؤسسه‌ی پژوهش‌های نیمه‌هادی (SRC) و پژوهشگرانی از دانشگاه استنفورد، ترکیب جدیدی از عناصر را توسعه داده‌اند که ماده‌ی نانوساختاری منحصربه‌فردی را برای بسته‌بندی نتیجه می‌دهد. این پیشرفت به ادوات نیمه‌هادی اجازه می‌دهد که علاوه بر داشتن قیمت کمتر، طول عمر بیشتری هم نسبت به جديدترين فن‌آوری کنونی داشته باشند. علاوه بر سازندگان تراشه، صنایع دیگری هم می‌توانند از فن‌آوری مدیریت انرژی حرارتی مربوطه بهره‌هایی ببرند.

برای نیمه‌رساناها، این بهبود در شکل بسته‌بندی ابزارها خود را نشان می‌دهد. به زودی سازندگان باید از پین‌های کوچک یا لحیم‌کاری ضخیم‌تر برای کارکرد یک قطعه‌ی به‌خصوص استفاده کنند. با این حال، مواد موجود برای لحیم‌کاری، به علّت گرما و فشارهای الکتریکی، تمایل به از هم پاشیدگی و شکنندگی دارند. در ادامه‌ی راه کاهش اندازه‌ی مدارهای مجتمع، SRC و دانشگاه استنفورد موادی را مورد بررسی قرار داده‌اند که منجر به هدایت گرمایی زیادی-قابل مقایسه با مس- می‌شوند. این امر به وسیله‌ی یک نوار حرارتی با ساختار نانو ایجاد شده است که هدایت گرمایی آن با فلز برابری می‌کند، درحالی‌که به مواد مجاور اجازه می‌دهد تا با تغییرات دما منقبض و منبسط شوند (فلزات در برابر این ویژگی بسیار مقاوم‌اند). این قابلیت برای کاهش دمای تراشه درحالی‌که وظیفه‌ی نامبرده شده هم به خوبی انجام شود، یک پیشرفت کلیدی برای بسته‌بندی الکترونیکی است.

پروفسور کن گودسون (Ken Goodson)، پژوهشگر ارشد SRC در دانشگاه استنفورد می‌گوید: «یک مانع بزرگ برای افزایش کارایی تراشه‌های مدرن، نقاط گرم یا نواحی میلی‌متری تولید بالای توان هستند. این پیشرفت در مواد و روش‌های نانوساختاری به ما اجازه می‌دهد تا این نقاط را به شکل بهتری خنک کنیم و به عنوان یک روش کلیدی برای افزایش چگالی مدارهای محاسباتی به شمار می‌رود. این مسأله به فن‌آوری بسته‌بندی کمک می‌کند تا بقای قانون مور را ادامه دهد.»

در برشمردن چالش‌های پیش‌رو در فرآیند کوچک‌سازی، نخستین ابزار دفاعی در برابر این نقاط پرحرارت، ماده‌ی واسط است. با انجام حدوداً دو دهه پژوهش و شبیه‌سازی پیشرفته برای مشکلات ممکن در سطح بسته‌بندی-که بیشتر آن به وسیله‌ی SRC تأمین مالی شده است- در نهایت، گروه دانشگاه استنفورد به ترکیب منحصربه‌فرد آن‌ها که با نانولوله‌های کربن احاطه شده است، دست پیدا کرده است. انتظار می‌رود که این ابداع، باعث بهتر کردن بالاترین اتصال حرارتی و رسیدن به مطلوب‌ترین سطح الاستیسیته در هر گونه راه‌حل بسته‌بندی شناخته شده شود.

جان کندلاریا (Jon Candelloria)، سرپرست علوم بسته‌بندی و اتصالات SRC می‌گوید: «پژوهشگران تمایل دارند تا مواد و ساختارهای مفیدی را که ما هیچ‌گاه پیش از این ندیده‌ایم، بسازند و این نانونوار حرارتی جدید باعث انقلابی در اتصال گرماگیر تراشه خواهد شد. به‌جای اجبار برای استفاده از ویژگی‌های یک ماده‌ی تنها، این ترکیب به صنعت مدارهای مجتمع این فرصت را می‌دهد تا بسیاری از محدودیت‌های کارکردی را پشت سر گذاشته و به بهبود بسته‌بندی بدون افزایش قیمت ادامه دهد.»

در حالی‌که این پژوهش به دست اعضایی از SRC برای افزایش تراشه‌های کامپیوتری تأمین مالی شده است، تقاضا برای کاربردهای این نوع از واسط‌های حرارتی در سایر صنایع هم در حال افزایش است. برای مثال، تعدادی از شرکت‌های مربوط به خودروسازی امیدوارند تا توان الکتریکی خود را از گازهای خروجی در خودروها و کامیون‌هایی که از مبدل‌های انرژی دمابرقی استفاده می‌کنند، بازیابی می‌کنند که این امر، باعث استفاده‌ی بهینه از سوخت می‌شود. با این وجود، واسط‌های قابل اعتماد یک مشکل برای این فن‌آوری به شمار می‌رود.

حق امتیاز این تکنولوژی در حال حاضر معوق است. گام بعدی در این پژوهش، اجازه دادن به روش‌ها و مواد نوین برای ترقی دادن واسط‌های حرارتی به منظور کامل کردن این کاربرد است. انتظار می‌رود که این تکنولوژی در سال 2014 به بهره‌برداری کامل برسد.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید:

راهی جدید برای تجزیه‌ی مواد لایه‌ای مانند گرافیت به ورقه‌هایی با ضخامت برابر تنها یک اتم، می‌تواند موجب انقلابی در فن‌آوری‌های ذخیره‌ی انرژی و الکترونیک نوین شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، یک گروه بین‌المللی به سرپرستی دانشگاه آکسفورد و دانشمندان دانشگاه ترینیتی دوبلین، روش فراگیری برای ساخت این نانوورقه‌های با ضخامت یک اتم در گستره‌ای از مواد توسط اعمال پالس‌های فراصوتیِ ملایم اختراع کرده است. این روشِ جدید، ساده، سریع و ارزان است و قابلیت ارتقا به کار در مقیاس صنعتی را نیز دارد.

این گروه گزارشی از این پژوهش را در مجله‌ی ساینس منتشر نموده است.

هر یک لایه‌ی یک میلیمتری از گرافیت، از حدود سه میلیون لایه‌ی گرافین-ورقه‌ای مسطح از کربن با ضخامت یک اتم- که بر روی هم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است.

دکتر والریا نیکولوسی (Valeria Nicolosi) از دانشکده‌ی مواد دانشگاه آکسفورد که این پژوهش را به همراه پروفسور جاناتان کولمن (Jonathan Coleman) از دانشگاه ترینیتی دوبلین سرپرستی کرده است می‌گوید: «به دلیل خواص الکترونیکی خارق‌العاده‌، گرافین توجه بسیاری را به خود جلب کرده است و از آنجایی‌که فیزیک‌دانان امیدوارند که روزی در الکترونیک فرا رسد که گرافین با سیلیکون رقابت کند، این ماده جایزه‌ی اخیر نوبل را از آن خود کرده است. امّا در واقع، صدها نوع ماده‌ی لایه‌ای شکل دیگر هم وجود دارند که می‌توانند ما را در ایجاد تکنولوژی‌های قدرتمند جدید تواناتر کنند.»

پروفسور کولمن نیز می‌گوید: «این گونه مواد جدید، دارای ویژگی‌های شیمیایی و الکترونیکی خاصی هستند که آن‌ها را برای کاربردهای موجود در ابزارهای الکترونیکی جدید، هم‌گذاره‌(composite)های خیلی قوی و تولید و ذخیره‌ی انرژی به موادی مفید تبدیل کرده است. به‌طور ویژه این پژوهش پیشرفت بارزی را به سوی گسترش مواد دمابرقی کارآمد مهیا می‌کند.»

در کل بیش از 150 گونه‌ی مختلف از این مواد لایه‌ای شکل نامتعارف -مانند بور نیتراید، مولیبدِنُم دی‌سولفید و تنگستن دی‌سولفید- که بسته به ترکیب شیمیایی و آرایش اتم‌هایشان قابلیت بودن در حالت فلزی، شبه فلزی یا نیمه‌رسانایی را دارند.

پژوهشگران به مدت چند دهه در تلاش بوده‌اند تا نانوورقه‌هایی از این گونه مواد تهیه کنند، چون مرتب کردن این مواد در شکل‌هایی با ضخامت اتمی، ما را قادر خواهد ساخت تا به ویژگی‌های غیرعادی الکترونیکی و دمابرقی آن‌ها دست پیدا کنیم. با این وجود، همه‌ی روش‌های پیشین به شدت وقت‌گیر و طاقت‌فرسا بوده‌اند و همچنین مواد منتجه هم شکننده بوده و برای بیشتر کاربردها مناسب نبوده‌اند.

دکتر نیکولوسی می‌گوید: «روش جدید ما دارای قیمت کم و بازده بسیار بالا است و همچنین یک قابلیت برجسته دارد و آن اینکه ظرف دو ساعت و با تنها یک میلی‌گرم از ماده، میلیاردها میلیارد از نانوورقه‌های با ضخامت یک اتم با ساختاری شبیه به گرافین را می‌توان در آن واحد از خیل گسترده‌ی مواد لایه‌ای نا متعارف به دست آورد.»

نانو ورقه‌های ساخته شده با این روش را می‌توان به منظور تولید "پوسته‌های پیوندی" که ذاتاً توانایی‌های آن‌ها را قادر به مجتمع‌سازی با تکنولوژی‌های متداول می‌کند، بر روی سطح سایر مواد مانند سیلیکون پاشید. چنین پوسته‌هایی را در کنار موارد دیگر می‌توان برای ساخت و طراحی ابزارهای جدید محاسباتی، حس‌گرها و یا باتری‌ها به‌کار گرفت.

گزارشی از این پژوهش به نام " نانوورقه‌های دو بعدی تولید شده با رویه‌سایی مواد لایه‌ای (Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials)" در شماره‌ی 4 فوریه‌ی مجله‌ی ساینس منتشر شده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، ماده‌ی گالیم نیتراید ماده‌ای امیدوارکننده برای قطعات با توان بالا که از راندمان انرژی بیشتری در مقایسه با فن‌آوری‌های موجود برخوردار هستند، به شمار می‌رود. امّا شکل متداول این قطعات در زمانی‌که در معرض ولتاژ بالا قرار گیرند، دچار شکست می‌شوند. هم‌اکنون، پژوهشگران در دانشگاه ایالت کارولینای شمالی این مشکل را با معرفی میانگیر(buffer)ی که به قطعات GaN اجازه‌ی کار با توانی تا ده برابر بیشتر را می‌دهد، برطرف کرده‌اند.

مروه اوزبک (MerveOzbec) دانشجوی دکترای دانشگاه ایالت کارولینای شمالی و نویسنده‌ی مقاله‌ای که این پژوهش را شرح می‌دهد، می‌گوید: «برای فن‌آوری‌های تجدیدپذیر در آینده مانند شبکه‌های هوشمند و خودروهای الکتریکی، ما نیاز به قطعات نیمه‌رسانایی با توان بالا داریم. و ظرفیت تبدیل توان برای توسعه‌ی این قطعات مهم است».

پژوهش پیشین در مورد توسعه‌ی قطعات GaN توان بالا، به دلیل ایجاد میدان‌های الکتریکی در نقاط خاصی از لبه‌ی قطعه در زمان اعمال ولتاژ بالا -که به شکلی مؤثر، قطعه را تخریب می‌کند- به موانعی برخورده است. پژوهشگران دانشگاه ایالت کارولینای شمالی این مشکل را با کاشت یک میانگیر ساخته شده از عنصر آرگون در لبه‌ی قطعه، برطرف کرده‌اند. این میانگیر میدان الکتریکی را پخش می‌کند و به قطعه، اجازه‌ی تحمل ولتاژ بالاتری را می‌دهد.

پژوهشگران این تکنیک جدید را بر روی دیودهای شاتکی -از قطعات الکترونیکی رایج- آزمایش کرده‌اند و دریافته‌اند که کاشت آرگون، به دیودهای GaN اجازه‌ی تحمل ولتاژی تقریباً هفت برابر بیشتر را می‌دهد. دیودهایی که کاشت آرگون را نداشتند، زمانی که در معرض ولتاژ حدود 250 ولت قرار گرفتند، دچار شکست شدند؛ این در حالی است که دیودهای با کاشت آرگون، ولتاژی تا اندازه‌ی 1650 ولت را بدون شکست تحمل کردند.

دکتر جِی بالیگا (Jay Baliga)، استاد ممتاز دانشکده‌ی برق و کامپیوتر ایالت کارولینای شمالی و نویسنده‌ی همکار مقاله می‌گوید: «با ارتقای ولتاژ شکست از 250 ولت به 1650 ولت ما می‌توانیم مقاومت الکتریکی این قطعات را تا صد برابر کم کنیم. این کاهش در مقاومت قطعه، به معنی این است که این قطعات می‌توانند توانی تا ده برابر بیشتر را هم تحمل کنند».

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه کنید:

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، به منظور توسعه‌ی نسل بعدی وسایل نقلیه‌ی الکتریکی، سیستم‌های انرژی خورشیدی و سایر فن‌آوری‌های انرژی‌های پاک، پژوهشگران به یک راه کارآمد برای ذخیره‌ی انرژی نیاز دارند. یکی از قطعات کلیدی در ذخیره‌ی انرژی برای کاربردهای این‌چنینی و نیز سایر کاربردها، ابرخازن است که خازن الکتریکی دو لایه (electric double-layer capacitor) نیز نامیده می‌شود. در مطالعه‌ای جدید، پژوهشگران امکان استفاده از ماده‌ای به نام کربن با قالب زئولیت (zeolite-templated carbon) را به عنوان الکترود در این خازن‌ها بررسی کرده‌اند و دریافته‌اند که ساختار روزنه‌ای منحصربه‌فرد این ماده به نحو چشم‌گیری کارایی کلّی خازن را بهتر می‌کند.

چهار پژوهشگر ژاپنی از دانشگاه توهوکو در سندای ژاپن، نتایج بررسی‌هایشان را بر روی این خازن دو لایه‌ی‌ با کارایی بالا، در مقاله‌ای جدید در مجله‌ی انجمن شیمی امریکا منتشر نموده‌اند.

این خازن دو لایه برای ذخیره‌ی انرژی توسط یون‌هایی که از یک محلول فشرده به یک الکترود انتقال پیدا می‌کنند و در سطح آن جذب می‌شوند، شارژ می‌شود. پیش از رسیدن به سطح الکترود، این یون‌ها باید به سریع‌ترین و کارآمدترین شکل ممکن از میان نانوروزنه‌های باریک موجود بر سر راه‌شان عبور کنند. اساساً هر قدر یون‌ها بتوانند سریع‌تر از این مسیرها عبور کنند، خازن می‌تواند سریع‌تر شارژ شود و نتیجه‌ی نهایی آن خازن با سرعت کارکرد بالا است. همچنین هرچه اندازه‌ی چگالی یون‌های جذب شده در الکترود بیشتر باشد، مقدار بار یا انرژی‌ای که خازن می‌توان ذخیره کند، افزایش خواهد یافت که نتیجه‌ی این مسأله خازنی با ظرفیت بالاتر در واحد حجم است.

به تازگی دانشمندان موادی را با اندازه‌ها و ساختارهای گوناگون در روزنه‌هایشان آزمایش کرده‌اند تا به هر دو مورد انتقال سریع یون‌ها و چگالی بالا در جذب سطحی یون دست پیدا کنند. امّا این دو مورد به تا حدی متضاد هم هستند؛ به این دلیل ‌که یون‌ها از میان روزنه‌های بزرگتر، سریع‌تر عبور می‌کنند، امّا روزنه‌های بزرگ موجب کاهش چگالی الکترود می‌شوند و بنابراین چگالی یون‌های جذب شده را کم می‌کنند.

نیشی‌هارا (Nishihara)، یکی از چهار پژوهشگر درگیر در این کار می‌گوید: «در این کار، ما با موفقیت نشان داده‌ایم که هر دو خواسته‌ی به‌ظاهر متناقض گفته شده، یعنی چگالی توان و ظرفیت خازنی بالا در واحد حجم، را می‌توان با کربن با قالب زئولیت برآورده کرد.»

کربن با قالب زئولیت، شامل نانوروزنه‌هایی است که قطری برابر با 1.2 نانومتر دارند (کوچک‌تر از بیشتر مواد الکترودی) و نیز ساختاری بسیار منظم دارند (برخلاف سایر روزنه‌ها که می‌توانند نامنظم و تصادفی باشند). اندازه‌ی کوچک این روزنه‌ها چگالی یون‌های جذب شده را زیاد می‌کند، در صورتی‌که ساختار منظم این ماده -که شبیه الماس دارای چارچوب مشخصی است- به یون‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت از میان نانوروزنه‌ها عبور کنند. در مطالعه‌ای که پیش از این انجام شده بود، پژوهشگران نشان داده بودند که کربن با الگوی زئولیت، با روزنه‌هایی کمتر از 1.2 نانومتر، نمی‌توانند باعث انتقال سریع یون‌ها شوند و پیشنهاد داده بودند که این اندازه می‌تواند تعادل بهینه بین سرعت و ظرفیت بالا را برقرار کند.

در آزمایش‌ها، ویژگی‌های امیدوارکننده‌ی کربن با الگوی زئولیت، از سایر مواد پیشی گرفته است که قابلیت آن را در استفاده به عنوان الکترودی برای خازن الکتریکی دو لایه‌ی با کارایی بالا نشان می‌دهد.

نیشی‌هارا می‌گوید: «هم‌اکنون ما در حال تلاش برای افزایش هرچه بیشتر چگالی انرژی کربن با الگوی زئولیت تا حد باتری‌های کمکی هستیم. اگر چنین خازن الکتریکی دو لایه‌ای ساخته شود و برای ادوات سیار مانند تلفن‌های همراه استفاده شود، زمان لازم برای شارژ آن‌‌ها می‌تواند به چند دقیقه کاهش پیدا کند. یک کاربرد مهم دیگر برای این خازن دو لایه، پشتیبانی باتری‌های کمکی در وسایل نقلیه‌ی الکتریکی به منظور افزایش طول عمر باتری است. برای این منظور علاوه بر مورد فوق، دست‌یابی به چگالی انرژی بیشتر، یکی از موضوعات اصلی است.»

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید:

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum دانشمندان موفق به ذخیره‌سازی اطلاعات به مدت دو دقیقه با استفاده از یک ویژگی مغناطیسی هسته‌ی فسفر که در سیلیکون جاسازی شده است، شده‌اند. برای این ویژگی که اسپین نامیده می‌شود، دو دقیقه زمان خارق‌العاده‌ای محسوب می‌شود. این کشف، می‌تواند باعث ایجاد انواع جدیدی از حافظه‌های بر پایه‌ی سیلیکون شود که حتی ممکن است در سطح یک اتم تنها کار ‌کنند.

برخلاف رویکرد متداول در الکترونیک، که از ویژگی حمل بار الکترون‌ها برای ساخت مدارها استفاده می‌کند، اسپینترونیک از ویژگی مکانیک کوانتومی الکترون‌ها که به نام اسپین الکترون شناخته شده است برای ساخت ابزارهای مفید استفاده می‌کند. (اسپین الکترون شکلی از گشتاور مغناطیسی است که باعث می‌شود الکترون‌ها مانند یک آهنربای میله‌ای رفتار کنند.) با این وجود اسپین‌ها در حالت عادی طول عمر کمی دارند (در حد چند میکروثانیه)، که این مسأله ساخت رجیسترها و سایر ابزارهای محاسباتی را به وسیله‌ی اسپین با چالش همراه می‌کند؛ زیرا این عملیات نیاز به ذخیره‌سازی اطلاعات برای مدت زمانی به نسبت طولانی دارند.

هم‌اکنون گروهی از فیزیک‌دان‌های دانشگاه سیدنی در استرالیا، به سرپرستی دِین‌مک‌کِیمی (Dane McCamey)، موفق به استفاده از اسپین‌های مغناطیسی هسته‌ی فسفر در سیلیکون ناخالص شده با فسفر، برای ذخیره‌ی اطلاعات به مدت 112 ثانیه شده‌اند. اساساً این امر تکنیکی هوشمندانه است که به پژوهش‌گران اجازه می‌دهد تا اطلاعات اسپین الکترونیکی را در هسته‌ی اتم‌های دهنده‌ی (donor) فسفر نگاشت و ذخیره کنند. اسپین‌های هسته‌ای را می‌توان به شکل الکترونیکی و به صورت مکرر خواند و بنابراین این اطلاعات مدت زمان بیشتری نسبت به اسپین الکترونی دوام خواهند داشت.

مک‌کِیمی که با سه نفر از دانشگاه‌های اوتاه، ایالت فلوریدا و لندن کار می‌کند، می‌گوید: «از آنجائی‌که هسته‌های دهنده (donor) در سیلیکون برهم‌کنش خوبی با اسپین‌های الکترون دارند، طول عمر بالایی دارند و همچنین سیلیکون ماده‌ای است که با الکترونیک متداول کنونی، سازگار است، استفاده از سیلیکون راهی اساسی و بزرگ برای انجام این کار بوده است».

دست‌یابی به این زمان ذخیره‌سازی، و نیز انجام این فعالیت‌ها که نیاز به استفاده از تجهیزات تخصصی در دماهای بسیار پایین در آزمایشگاه ملی میدان‌های مغناطیسی بزرگ در تالاهاسی فلوریدا کار آسانی نبوده است. این کار به میدانی برابر با 9/8 تسلا (چیزی حدوداً 200,000 برابر بزرگتر از میدان مغناطیسی زمین) برای هم‌ترازکردن اسپین‌های الکترون‌های فسفر در ویفر سیلیکونی ناخالصی که تا دمای 5/3 درجه‌ی کلوین سرد شده بود، احتیاج داشت.

پالس‌های الکترومغناطیسی اعمال شده، با فرکانس 240 گیگاهرتز اسپین‌ها را روی الکترون‌های در حال چرخش به دور اتم‌های فسفر "می‌نوشتند". سپس امواج رادیویی گستره‌ی FM، اطلاعات ذخیره شده در اسپین‌های الکترون را روی هسته‌ی فسفر می‌نگاشتند. پس از حدود دو دقیقه، اسپین‌ها به شکل معکوس بر روی الکترون‌ها نگاشته می‌شدند و درنهایت، خوانده می‌شدند. به گفته‌ی مک‌کِیمی این تکنیک علاوه بر فسفر برای هسته‌ی اتم‌های دیگر هم قابل اجراست که این مسأله نشان دهنده‌ی قابلیت استفاده‌ی بالای این روش است.

کارشناسان از یک مسأله شگفت زده شده‌اند؛ مهم‌ترین مسأله این است که آن‌ها حالت اسپین هسته‌ای را با یک جریان الکتریکی اندازه می‌گیرند. استفان لیون (Stephen Lion) استاد دانشکده‌ی برق پرینستون، می‌گوید نمی‌توان فهمید که آیا این تکنیک سرانجام در دمای اتاق هم که همه‌ی ما با آن سر و کار داریم قابل اجراست یا خیر، «امّا در نوع خود گام مهمی به شمار می‌آید».

او با اشاره به این‌که هرچند آزمایش‌های مک‌کِیمی در دمای پایین انجام شده‌اند، گفت: «باید یادآور شد که مقاومت‌های مغناطیسی بزرگ (GMRها) هم که امروزه در همه‌ی دیسک درایوهای ما استفاده می‌شوند، در آغاز به عنوان یک پدیده در دمای پایین خود را نشان دادند.» در واقع، هدف بعدی پژوهشگران این خواهد بود تا راهی برای کار کردن این حافظه در دماهای بالاتر و با میدان‌های مغناطیسی ضعیف‌تر پیدا کنند.

لیون همچنین گمان می‌کند نتایج گروه پژوهشی مک‌کِیمی می‌توانند در محاسبات کوانتومی مفید باشند. بسیاری از پژوهشگران هنوز در مفهوم تئوری کامپیوتر کوانتومی که از هسته‌ی فسفر در سیلیکون برای ذخیره و مدیریت اطلاعات کوانتومی استفاده خواهد کرد، سردرگم مانده‌اند. لیون در رابطه با تکنیک مک‌کِیمی می‌گوید: «اگر ما بتوانیم حساسیت را تا جائی‌که بتوان یک تک‌اسپین هسته‌ای را اندازه گرفت افزایش دهیم، این امر می‌تواند مرحله‌ی خواندن را در یک کامپیوتر کوانتومی تشکیل دهد».

اندرو دوارک (Andrew Dwark)، از دانشگاه نیو ساوث وِلز در استرالیا که عضوی از این گروه بوده است، با این حرف موافق است. او می‌گوید: «من گمان می‌کنم که این کار، قابلیت فراوانی برای توسعه‌ی ابزارهای اسپینترونیکی در سیلیکون دارد. درصورتی‌که شما بخواهید ادوت اسپینترونیکی مجتمع مقیاس بالا را بسازید، آشکارسازی الکتریکی مسأله‌ای مهم خواهد بود.»

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، شرکت الپیدا مموری، پیشرو جهانی حافظه‌های دینامیکی (DRAM) در ژاپن اعلام کرد که توانسته است یک حافظه‌ی DDR دوگیگابیتی را برای کاربردهای سیار با استفاده از تکنولوژی 40 نانومتر بسازد. این حافظه‌ی همراه جدید اندازه‌ی تراشه‌ای کمتر از 50 میلی‌مترمربع دارد که کمترین اندازه در میان تراشه‌های تکنولوژی DRAM پیشرفته در نسل 40 نانومتر که به مرحله‌ی تولید انبوه رسیده‌اند محسوب مي‌شود.

در بازار حافظه‌های مورد استفاده برای تجهیزات سیار دستی، نیاز به محصولات DRAM که می‌توانند حجم بیشتری از اطلاعات و توان را در خود نگه دارند، در تجهیزاتی مانند تلفن‌های همراه سبک و کوچک، تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و سایر دستگاه‌های این‌چنینی موجب تکامل با شدت هرچه بیشتر این حافظه‌ها می‌شود. در پاسخ به این نیاز، الپیدا حافظه‌ی همراه DDR دوگیگابیتی را که کوچک‌ترین تراشه‌ی با تکنولوژی 40 نانومتر در صنعت DRAM است به شکل تجاری در آورده است. الپیدا مصرف توان پایین آن را که با بهینه‌سازی مدار و طراحی قالب‌بندی بهینه و استفاده از روش‌های طراحی منحصربه‌فرد انجام شده است به عنوان ویژگی برجسته در آن عنوان کرده است. این حافظه‌ی تازه ساخته شده‌ی همراه، آخرین کمک دوستانه‌ی الپیدا به کشورهای عضو اکو در جبران ضررهای مربوط به DRAMها و حمایت از ادوات سیار پیشرفته‌ی امروزی است.

مشتری‌هایی که از محصولات یک گیگابیتی تکنولوژی 50 نانومتر الپیدا استفاده کرده‌اند اکنون می‌توانند انتظار محصول دو گیگابیتی را با تکنولوژی 40 نانومتر و حجم حافظه‌ای دو برابر بدون افزایش در فضای فیزیکی مورد نیاز برای تراشه داشته باشد. به‌علاوه، حافظه‌ی جدید دو گیگابیتی توانی کمتر از نصف توان لازم برای دو تراشه‌ی یک گیگابیتی را مصرف می‌کند.

در حال حاضر، تقاضا برای حافظه‌های دو گیگابیتی DRAM در تلفن‌های همراه هوشمند و سایر دستگاه‌های سیار به شدت در حال افزایش است. با این حافظه‌ی همراه جدید، الپیدا در صدد است که نیاز مشتریان را با افزایش سرعت تولید خود به حداکثر سرعت مجاز برآورده کند. محموله‌ی آزمایشی این محصول در ژوئن 2010 به سراسر جهان ارسال شده و تولید انبوه آن نیز در جولای اين سال آغاز شده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران دانشگاه ایالت کارولینای شمالی، ابزار جدیدی اختراع کرده‌اند که منجر به پیشرفت چشم‌گیری در زمینه‌ی حافظه‌های کامپیوتر خواهد شد. این ابزار موجب افزایش کارایی انرژی در سرورهای با ابعاد بزرگ و همچنین شروع به کار سریع‌تر کامپیوتر خواهد شد.

در حالت عادی، حافظه‌های کامپیوتر به دو دسته تقسیم می‌شوند. حافظه‌های با سرعت پایین که در تکنولوژی‌های ذخیره‌ی پایدار اطلاعات، مانند فلش درایوها به کار می‌روند. این ادوات به ما اجازه می‌دهند تا داده‌ها را برای مقاطع زیاد زمانی ذخیره کنیم و بر همین اساس حافظه‌های غیرفرّار نامیده می‌شوند. حافظه‌های سریع، به کامپیوترهای ما اجازه می‌دهند تا سریع‌تر کار کنند، امّا در زمان خاموش بودن کامپیوتر نمی‌توانند اطلاعات را نگه دارند. ضرورت داشتن یک منبع توان ثابت، آن‌ها را به ابزارهایی ناپایدار تبدیل کرده است.

امّا اکنون یک گروه پژوهشی از ایالت کارولینای شمالی، ابزاری یکپارچه را که می‌تواند کار هر دو دسته حافظه‌های فرّار و غیرفرّار را انجام دهد و امکان این را دارد که در حافظه‌ی اصلی استفاده شود، ایجاد کرده است.

دکتر پائول فرنزون (Paul Franzon)، استاد دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر ایالت کارولینای شمالی و نویسنده‌ی مقاله‌ای که این پژوهش را شرح می‌دهد، می‌گوید: «ما ابزار جدیدی را اختراع کرده‌ایم که می‌تواند انقلابی را در حافظه‌های کامپیوتر ایجاد کند. ابزار ما یک ترانزیستور اثر میدانی (FET) با دو گیت شناور است. حافظه‌های غیرفرّار موجود که برای ذخیره‌سازی اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرند، از ترانزیستوری با یک گیت شناور استفاده می‌کنند که برای نمایش صفر یا یک منطقی-یک بیت از اطلاعات- بارهای الکتریکی را در گیت شناور خود ذخیره می‌کند. با استفاده از دو گیت شناور، این قطعه می‌تواند یک بیت را در حالت غیرفرّار ذخیره کند و/یا می‌تواند یک بیت را در حالت سریع (فرّار)، مانند حافظه‌ی معمولی اصلی کامپیوتر ذخیره نماید.

ترانزیستور اثر میدانی با دو گیت، می‌تواند اثر چشم‌گیری بر روی سایر مشکلات متداول در کامپیوتر داشته باشد. برای مثال می‌تواند باعث شروع به کار بلافاصله‌ی کامپیوتر پس از روشن شدن شود، زیرا در این صورت کامپیوتر مجبور نیست اطلاعات راه‌اندازی را از دیسک سخت خود فراخوانی کند و این اطلاعات را می‌توان در همان حافظه‌ی اصلی کامپیوتر ذخیره کرد.

این قطعه‌ی جدید همچنین منجر به کاهش نسبی توان هم خواهد شد. برای مثال سرورهای بزرگ وب (که اصطلاحا به آن‌ها Web server farms کفته می‌شود)، مانند آن‌هایی که در گوگل مورد استفاده قرار می‌گیرند، حتی زمانی که شمار کاربران Online کم است، مقدار خیلی زیادی توان مصرف می‌کنند که دلیل این امر، این است که سرورها نمی‌توانند منبع توان را بدون این‌که حافظه‌های اصلی‌شان پاک شود، قطع کنند.

فرنزون می‌گوید: «فت‌های با دو گیت شناور به برطرف شدن این مشکل کمک شایانی خواهند کرد. زیرا داده‌ها می‌توانند به سرعت در حافظه‌های غیرفرّار ذخیره و به سرعت هم فراخوانی شوند. این مسأله به بخش‌هایی از حافظه‌ی سرور اجازه می‌دهد که در طول بازه‌های زمانی کم استفاده، بدون تأثیر بر عملکرد سرور، قطع شوند.»

فرنزون همچنین تأکید می‌کند که این گروه پژوهشی مسائلی را در مورد قابلیت اطمینان این تکنولوژی بررسی کرده است و بر این اساس آن‌ها گمان می‌کنند که «این قطعه، زمانی‌که اطلاعات را در حالت فرّار خود ذخیره کند، طول عمر بسیار بالایی را هم خواهد داشت.»

برای اطلاعات کامل‌تر می‌توانید به اصل مقاله با عنوان زیر مراجعه نمایید:

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، تقویت‌کننده‌ی عملیاتی فوق سریعی به دست شرکت نشنال سمای‌کنداکتور (National Semiconductor Corp) معرفی شده است که کمترین مقدار نویز در صنعت (0.69 nV/sqrt Hz) را با پهنای باند 3dB- برابر با 900 مگاهرتز در بهره‌ی 10 به دست می‌دهد.

تقویت‌کننده‌ی LMH6629 برای طراحان، ترکیبی منحصربه‌فرد از پهنای باند بالا، بهره‌ی زیاد و تقویت دقیق برای سیستم‌هایی که در آن‌ها حداقل نویز یک نیاز کلیدی است، فراهم می‌کند. چنین تقویت کننده‌ای می‌تواند یک سیستم 16 بیتی برای ارتباطات، آزمایش و اندازه‌گیری، تصویربرداری پزشکی، صنعتی و کاربردهای آشکارسازی و مسافت‌یابی نوری (LIDAR) ارائه نماید.

LMH6629 همچنین نویز جریان ورودی کم (2.6pA/sqrt Hz) و به ترتیب اعوجاج هارمونیکی دوم و سوم 90dBc- و 94dBc- را در فرکانس یک مگاهرتز نشان می‌دهد. نویز ورودی کم در این Op Amp، اعوجاج کم و سرعت بالا به علاوه‌ی خطاهای DC خیلی کم -ماکزیمم ولتاژ آفست ورودی 780uv- در 25 درجه‌ی سانتیگراد با ضریب تغییرات 0.45uv-/+ در هر درجه‌ی سانتیگراد-، عملیات دقیق را در کاربردهای پیوند AC و DC ممکن می‌سازد.

گستره‌ی مد مشترک ورودی این تقویت‌کننده، به زیر صفر می‌رسد و سوئینگ خروجی آن هم تا 0.8v با جریان خطی خروجی بیشتر از 250mA-/+ می‌باشد. این تقویت‌کننده‌ی کم‌مصرف، جریان 250mA-/+ مصرف می‌کند و برای ولتاژ تغذیه‌ای بین 2.7v تا 5.5v طراحی شده است. جبران‌سازی داخلی آن که به ‌وسیله‌ی کاربر قابل انتخاب است، نیاز به اجزای خارجی برای جبران‌سازی و همچنین زمان طراحی اضافی که برای سایر تقویت‌کننده‌ها مورد نیاز است را از بین می‌برد. با استفاده از این Op Amp، طراحان می‌توانند حداقل بهره‌ی 4 یا 10 را با بالا بردن یا پائین آوردن پین انتخاب بهره داشته باشند.

این تقویت‌کننده، با تکنولوژی جدید CBiCMOS8 سیلیکون-ژرمانیوم Bipolar-CMOS این شرکت ساخته شده است. این فرآیند در میان فرآیندهای پیشرفته‌ی ساخت ادوات آنالوگ در صنعت امروز، ترکیبی یکپارچه و منحصربه‌فرد از ترانزیستورهای NPN و PNP را به خوبی ترانزیستورهای CMOS کم‌مصرف فراهم می‌کند که ویژگی‌هایی مانند سرعت بالا، میزان خطی‌بودن، فشردگی، توان و نویز کم برای کاربردهای آنالوگ سرعت بالا را به شکلی فوق‌العاده دارا هستند.

هم‌اکنون LMH6629 در بسته‌های 8پین LLP که در دمای 40- تا 125 درجه‌ی سانتیگراد کار می‌کند و با قیمت 1.88 دلار در تعداد 1000تایی در بازار موجود است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، شرکت‌های الپیدامموری و اسپنشن اعلام کرده‌اند که موفق به ساخت نخستین فلش مموری 4گیگابیتی NAND از نوع SLC (سلول تک سطحی) با ولتاژ تغذیه‌ی 8/1 ولت شده‌اند. این حافظه‌ی NAND که بر اساس تکنولوژی به دام انداختن بار بیت آینه‌ای (MirrorBit® charge-trapping technology) اسپنشن کار می‌کند، در کارخانه‌ی هیروشیمای الپیدا ساخته شده است. تخصص فنی پیشرفته‌ و همکاری موفق این دو شرکت، توسعه و تولید نخستین حافظه‌ی فلش NAND، با تکنولوژی به دام انداختن بار را ممکن ساخته است.

در مقایسه با فلش مموری NAND با گیت شناور، تکنولوژی به دام انداختن بار قابلیت مقیاس پذیری بیشتری دارد و همچنین ساختار سلولی ساده‌تری دارد که این امر منجر به کارایی بهتر و سرعت بیشتر در خواندن و برنامه‌نویسی می‌شود.

الپیدا قصد دارد که فلش مموری‌ها را برای فروش محصولات سیار، با حافظه‌های RAM مخصوص المان‌های سیار ترکیب کند که در نتیجه‌ی آن، راه‌حل‌هایی را برای مشکلات بازار محصولات سیار فراهم خواهد کرد. این کار منجر به ایجاد ارزش افزوده‌ی بالاتری خواهد شد. به‌علاوه، اسپنشن در حال توسعه‌ی محصولات NAND خود برای بازارهای محصولات جاسازی شده (embedded) و بی‌سیم انتخابی است. این در حالی است که این شرکت به تولید و فروش محصولات فلش مموری NOR خود به بازارهای خودرو، ارتباطات، مصرف‌کننده‌های مستقیم، کاربردهای صنعتی و بی‌سیم انتخابی ادامه خواهد داد.

الپیدا نمونه‌هایی از این حافظه‌ی 4 گیگابیتی 8/1 ولتی را در اواخر سال 2010 به بازار داد و قصد دارد این محصول جدیدرا امسال به تولید انبوه برساند. این شرکت علاوه بر این در حال توسعه‌ی تولید انبوه محصولات 2 گیگابیتی و 1 گیگابیتی خود می‌باشد. شرکت اسپنشن هم در فصل اول امسال نمونه‌هایی از محصول جدید را به مشتریان اولیه در دنیا ارسال خواهد کرد و در فصل دوم امسال هم تولید انبوه آن را آغاز خواهد کرد. همچنین دو شرکت در حال توسعه‌ی محصولات 3 ولتی هستند و قصد توسعه‌ی محصولات 1، 2 و 4 گیگابیتی را در آینده دارند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران مؤسسه‌ی پلی‌تکنیک رنسیلائر (Rensselaer)، نوعی از نانوماده‌های کاملاً جدید را توسعه داده‌اند که می‌تواند دست‌یابی به نسل بعدی باتری‌های لیتیم-یون قابل‌شارژ و پرتوان را برای خودروهای الکتریکی، لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های همراه و ابزارهای دیگر فراهم سازد. این ماده به دلیل شباهت به یک مخروط، نانوسکوپ نامیده می‌شود و در تصویری که با میکروسکوپ الکترونی تهیه شده است، نشان داده شده است. نانوسکوپ‌ها می‌توانند مقادیر شارژ و دشارژ بسیار زیادی را تحمل کنند که این شارژها و دشارژها ممکن است باعث خرابی و از بین رفتن سریع باتری‌های لیتیم-یونی امروزی شوند.

نانوسکوپ گروه پژوهشی رنسیلائر برای تحمل این اندازه از فشار و استرس طراحی و ساخته شده است. این ساختار از پایه‌ی کربنی با یک لایه‌ی نازک نانومقیاس از آلومینیوم بر روی آن و حجمی از سیلیکون با ابعاد نانو، در بالاترین نقطه‌ی آن تشکیل شده است. به همین دلیل ساختار فوق انعطاف‌پذیری بالایی دارد و می‌تواند شارژ و دشارژ یون‌های لیتیم را با نرخ‌های خیلی بالا بدون خرابی و پیداکردن مشکل تحمل کند. ساختار تکه‌تکه‌ی نانوسکوپ باعث می‌شود که تغییرشکل ‌در پایه‌ی کربنی به تدریج به لایه‌ی آلومینیومی و سپس سیلیکون منتقل شود. این انتقال تدریجی و طبیعی تغییر شکل‌ها که به منظور کاهش تغییرات ناگهانی تنش در رابط‌های ماده صورت می‌گیرد، موجب بهبود یکپارچگی ساختار الکترود خواهد شد.

اندازه‌ی در ابعاد نانو هم برای این ساختار الزامی است، زیرا ساختارهای نانو به گفته‌ی کوراتکار (Koratkar) کمتر از ساختارهای بزرگ مستعد شکافتگی هستند.

او گفت: « نانواسکوپ‌های ما به علّت اندازه‌ی در حد نانویشان، می‌توانند لیتیم را با سرعتی بسیار بیشتر از آندهای در مقیاس ماکرو که در باتری‌های لیتیم-یونی امروزی استفاده می‌شوند، فرو ببرند یا آزاد کنند. این بدان معنی است که نانواسکوپ ما می‌تواند راه‌حل مشکلی بحرانی باشد که پیش روی کمپانی‌های خودروسازی و سایر سازنده‌های باتری است؛ این‌که چگونه می‌توان چگالی توان یک باتری را افزایش داد، درحالی‌که چگالی انرژی آن نیز بالا باشد؟»

به گفته‌ی کوراتکار، یکی از محدودیت‌های معماری نانواسکوپ‌ها، جرم کلی نسبتاً کم الکترود است. برای حل این مشکل، گام بعدی فعالیت این گروه تلاش برای رشد دادن اسکوپ‌های طولانی‌تر با جرم بیشتر، یا توسعه‌ی یک روش برای روی هم قرار دادن لایه‌های نانواسکوپ به صورت پشته خواهد بود. به عنوان یک راه‌حل ممکن دیگر، اعضای این گروه در حال بررسی امکان رشد نانواسکوپ‌ها روی بسترهای انعطاف‌پذیر و بزرگ هستند که می‌توانند به شکل لوله‌ای باشند و یا در طول شاسی یا کناره‌های اتومبیل‌ها قرار گیرند.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، یک گروه پژوهشی از دانشگاه صنعتی نان‌یانگ سنگاپور (NTU) با موفقیت کوچک‌ترین فیلتر پائین‌گذر درون‌تراشه‌ای جهان را طراحی کرده‌اند که 1000 مرتبه کوچک‌تر از فیلترهای برون‌تراشه‌ی موجود است.

فیلتر پایین‌گذر مداری است که تنها به سیگنال‌های فرکانس‌پایین اجازه‌ی عبور می‌دهد و مانع عبور سیگنال‌های فرکانس‌بالای نامطلوب می‌شود. در مقایسه با فیلترهای برون‌تراشه‌ای موجود که به صورت قطعاتی مجزا و جاگیر هستند، فیلترهای درون‌تراشه‌ای، فضای کمی را در داخل تراشه‌های مدار مجتمع اشغال می‌کنند و در ابزارهای قابل حمل مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها، رادارهای نصب شده بر روی وسایل نقلیه و نیز دستگاه‌های کنترل ترافیک به چشم می‌خورند.

پایان موفقیت‌آمیز این پروژه‌ی پژوهشی در گشایش رسمی مرکزی جدید به نام مرکز عالی طراحی مدارهای مجتمع (VIRTUS) اعلام شد. این مرکز تنها ده ماه قبل توسط NTU و کمیته‌ی توسعه‌ی اقتصادی سنگاپور راه‌اندازی شد.

فرد اصلی در این نوآوری، پروفسور یئو کیات سِنگ (Yeo KiatSeng)، سرپرست بخش مدار و سیستم دانشکده‌ی مهندسی برق و الکترونیک NTU است. این پیشرفت در طراحی فیلترها به مثابه‌ی انقلابی در ارتباطات بی‌سیم است.

پروفسور یئو گفت: «از آنجایی‌که این فیلتر پایین‌گذر تقریباً تمام تداخل‌‌ها و نویزهای نامطلوب محیط را از بین می‌برد، می‌تواند موجب بهبود قابل توجه کیفیت سیگنال شود». این مسأله منجر به دریافت شفاف‌تر و وضوح بهتر برای کاربران تلفن‌های همراه و کاربردهای بی‌سیم مثل بلوتوث و سایر دستگاه‌های قابل حمل خواهد شد. برای مثال اگر شما در حال صحبت با دوست خود از طریق تلفن همراه در یک رستوران شلوغ یا یک قطار باشید، قادر خواهید بود به وضوح صدای فرد مقابل را بشنوید.»

یئو افزود: «این فیلتر همچنین توان کمتری را مصرف می‌کند و به راحتی در تراشه‌های مدار مجتمع قابل به‌کارگیری است بدون این که هزینه‌ی خاصی مورد نیاز باشد. این به این معنی است که علاوه بر کیفیت بهتر سیگنال، مصرف کنندگان از مصرف کمتر توان بدون پرداخت هزینه اضافی هم خوشحال می‌شوند.»

این فیلتر جدید راه را برای پژوهش‌های بیشتر و گسترش مدارهای مجتمع با کارایی بالا و فرآورده‌های ارتباط بی‌سیم، هموارتر خواهد کرد. تراشه‌های مدار مجتمع با به‌کارگیری این فیلتر می‌توانند موجب استفاده‌ی بیشتر در انتقال اطلاعات فشرده نشده‌ی صوتی یا تصویری و شبکه‌های محلی بی‌سیم پرسرعت برای انتقال همزمان و بی‌سیم فایل‌ها شوند.

برنامه‌ی پژوهشی پیشرفته‌ی CMOS شرکت IMEC، در انجمن بین‌المللی ادوات الکترونی در سان‌فرانسیسکو، نوید پیشرفت‌های امیدوارکننده‌ای را در مقیاس‌پذیری حافظه‌های منطقی، DRAM، و غیرفرّار داده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از وب‌سایت شرکت IMEC، کلید مقیاس‌پذیری تا سطوح کمتر از بیست نانومتر در مدارهای منطقیِ با کارآیی بالا، در قطعه‌ی جدیدی نهفته است که بر اساس کانال‌های غیرسیلیکونی کار می‌کند. گذشته از این، IMEC خازن‌هایِ با نشتیِ کمی را ساخته است که به حافظه‌های دینامیکی اجازه‌ی رسیدن به نقطه‌ی دو نانومتر را هم می‌دهند. در ضمن، مکانیسم کلیدزنی حافظه‌های RAM مقاومتی هم برای نسل بعدی حافظه‌های فلش (RRAM) حل شده است.

کانال‌های SiGe بدون کاشت، راهی به سوی مقیاس‌پذیری تراشه‌های منطقی برای اندازه‌های کمتر از 20 نانومتر

کاهش مقیاس بیشتر ترانزیستورهای CMOS تا اندازه‌هایی کمتر از بیست نانومتر، نیاز به کانال‌هایی با قابلیت حرکت بیشتر و ساختارهایی جدید برای بهبود کارکرد ترانزیستور دارد. IMEC توانسته است با افزایش مقدار SiGe سورس و درین و با استفاده از بسترهای سیلیسیم-توده ابزار جدیدی را بسازد که از نوع pFET است، و هم از نظر کاشت راحت است و هم دارای کانال SiGe با قابلیت حرکت بالا ست. این ترانزیستور که قابلیت حرکت بالایی را در الکترون‌های خود دارد، با ضخامت مؤثر اکسیدی برابر 85/0 نانومتر، جریان راه‌اندازی اشباعی %50 بیشتر از pFETهای سیلیکونی دارد. این قطعه با تقویت‌کننده‌های کششی افزوده نیز سازگار است که راه را به سوی مقیاس‌گذاری کمتر از میکرون و دست‌یابی به کارآیی بالا هموار می‌کند.

خازن‌های با نشتی کمِ MIM (فلز-عایق-فلز)، راهی به سوی نقطه‌ی دو نانومتر در DRAM

IMEC برای نخستین بار در جهان با استفاده از مهندسی پشته‌ی (stack engineering) نوینی، راه پایداری را برای کاهش مقیاس حافظه‌های دینامیک تا حد دو نانومتر ارائه داده است. برای این کار، نیاز به نشتیِ کمی در ضخامت مؤثر اکسیدی برابر با 4/0 نانومتر یا کمتر است. به علاوه، برای سازگاری با ساختارهای بزرگ‌مقیاس باید عمل رسوب‌گذاری، با فرآیندهای رسوب لایه‌ی اتمی سازگاری انجام شود. تا به امروز، این مسأله به عنوان مشکلی حل‌نشدنی با نام «مسائل شناخته‌نشده‌ی مرحله‌ی تولید» توسط سازمان نقشه‌ی‌راه بین‌المللی برای نیمه‌رساناها (ITRS) مطرح شده است.

امّا حالا، Imec از تولید خازن‌های MIM با نشتی کم و با جریان یک میکروآمپر بر سانتیمتر مربع در ضخامت مؤثر 4/0 نانومتر خبر می‌دهد که امکان کوچک شدن حافظه‌های دینامیکی را تا نقطه‌ی‌ دو نانومتر فراهم می‌کنند. این خازن‌ها با استفاده از پشته‌ی نوینی از TiN/RuOx/TiOx/STO/TiN تحقق یافتند که در خطی 300 میلی‌متری با فرآیند ساخت سازگار با DRAM ساخته شده‌اند.

درک اساسی مکانیزم کلیدزنی RRAM

RRAM جایگزینی امیدوارکننده برای حافظه‌های فلش نسل آینده است و در نقشه‌ی‌راه پیش‌بینی شده است که تا سه یا چهار سال آینده به مرحله‌ی تولید برسد. برای درک فن‌آوری RRAM که برای تولید انبوه آماده است، نخست باید فرآیند کلیدزنی آن را به شکلی اساسی درک کرد.

کارکرد RRAM بر اساس تغییر مقاومت‌های کنترل‌شده-با-ولتاژ یک خازن MIM است. بسیاری از پشته‌های ساخته‌شده از ترکیب مواد مختلف، برای ایجاد رشته‌ی رسانای کوچکی که متصل به الکترودها باشد، نیاز به مرحله‌ی شکل‌گیری دارند. در مقوله‌ی ضریب اطمینان، این مسأله با نام فروشکست دی‌الکتریک شناخته می‌شود. بنابراین، کارکرد RRAMها بر اساس باز و بسته شدن مکررِ مسیرِ فروشکست دی‌الکتریک است.

IMEC دانش خود در زمینه‌ی قابلیت اصمینان مدارهای منطقی را در مورد RRAM به‌کار گرفت که نتیجه‌ی آن، درک اساسی مکانیسم کلیدزنی این حافظه‌ها ست. IMEC با یافتن هم‌افزایی‌های بین آی‌سی‌های منطقی متداول و RRAM، موفق به ایجاد نظریه‌ای برای پیش‌بینی حداکثر Vset قابل‌کاربرد شد و نیز مشخص ساخت که عمل بازنشانی (reset) بستگی به قطع کردن رشته در باریک‌ترین نقطه‌ی آن دارد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران فرانسوی موفق به ساخت یک لایه‌ی رسانا بر روی سطح استرونتیوم تیتانیت (SrTiO3) که یک عایق شفاف است و ماده‌ای امیدوارکننده برای توسعه‌ی ابزارهای آینده‌ی میکروالکترونیک به شمار می‌رود، شده‌اند. این لایه‌ی رسانا با ضخامت دو نانومتر، یک گاز الکترونی دو بعدی فلزی (2DEG) است که جزئی از ماده‌ی عایق به شمار می‌رود. به سبب راحتی ساخت، این ماده امکانات تازه‌ای را برای علم الکترونیک بر پایه‌ی اکسیدهای فلزی انتقالی (خانواده‌ی SrTiO3 ) فراهم می‌کند. با بهره‌گیری از ویژگی‌های فیزیکی گسترده‌ی این مواد، مانند ابررسانایی، مغناطیس، گرمابرق(ایجاد جریان برق در اثر حرارت) و ... می‌توان شماری از وظایف متفاوت را در یک ابزار میکروالکترونیکی مجتمع‌سازی کرد. مقاله‌ای که جزئیات این اکتشاف غیرمنتظره را بر اساس پژوهشی که در سينکروترونِ سُلِیلِ1 فرانسه انجام شده است، شرح می‌دهد، در شماره‌ی13 ژانویه‌ی 2011 مجله‌ی Nature انتشار یافته است.

قطعات امروزی میکروالکترونیک، شامل لایه‌هایی از جنس نیمه‌هادی بر روی بستری از سیلیکون هستند. به منظور ادامه‌ی روند و سرعت بهبود عملکرد ابزارهای میکروالکترونیکی، در سال‌های ورای 2020، چند راه‌حل تکنولوژیکی مختلف بررسی شده‌اند. پژوهشگران به شکلی گسترده در حال معطوف کردن نگاه خود به اکسیدهای فلزی انتقالی (transition metal oxides) که ویژگی‌های فیزیکی امیدوارکننده‌ای مانند ابررسانایی، مقاومت مغناطیسی، گرمابرق، مولتی فروسیته(multiferroicity، جفت‌شدگی بین جهت‌های مغناطیسی و قطبشی) وظرفیت فوتوکاتالیتیک (photocatalytic capacity) دارند، هستند.

از میان اعضای این خانواده‌ی ویژه، استرونتیوم تیتانیت (SrTiO3) به عنوان عضو اصلی این پژوهش گسترده قرار داده شده است. این ماده‌ی عایق، زمانی‌که در آن ناخالصی تزریق شود، مثلاً با ایجاد تعداد کمی رویه‌های خالی اکسیژنی، به یک رسانای خوب تبدیل می‌شود. واسط بین SrTiO3و سایر مواد اکسید،(LaTiO3 یا LaAlO3) با وجود اینکه هر دو ماده‌ی اکسید، عایق هستند، از ماده‌ای رساناست. گذشته از این، این مواد ویژگی‌هایی مانند ابررسانایی، مقاومت مغناطیسی و گرمابرق را با عملکرد خوب در دمای اتاق از خود نشان می‌دهند. امّا مشکل اصلی این است که ساخت واسط بین مواد اکسید بسیار دشوار است.

امّا اکنون کشفی غیر منتظره این سد تکنولوژیکی را از میان برداشته است. یک گروه بین‌المللی که به وسیله‌ی پژوهشگرانی در CNRS (مرکز ملّی پژوهش‌های علمی فرانسه) و دانشگاه پاریس‌استود 11 (Université Paris-Sud 11) هدایت می‌شود، توانسته است یک گاز الکترونی دو بعدی (2DEG) را بر روی سطح SrTiO3 ایجاد کند. این لایه‌ی رسانا که تقریباً دو نانومتر ضخامت دارد، با برش خلأ یک تکه از استرونتیوم تیتانیت با فرآیندی ساده و مقرون به صرفه به دست آمده است. عناصر تشکیل‌دهنده‌ی استرونتیوم تیتانیت منابعی طبیعی هستند که به مقدار فراوان در دسترس هستند و این ترکیب، برخلاف عمده‌ی موادی که امروزه در میکروالکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرند (بیسموت تلوراید) یک ترکیب غیر سمی است. به علاوه، گازهای الکترونی فلزی دو بعدی(2DEGها)، احتمالاً با استفاده از یک روند مشابه، قابل ساخت بر روی سایر اکسیدهای فلزی انتقالی نیز خواهند بود.

اکتشاف یک لایه‌ی رسانا از این جنس (که نیازی به افزودن یک لایه از ماده‌ای دیگر ندارد)، گامی قابل توجه به جلو در میکروالکترونیک بر پایه‌ی اکسیدهاست. این مسأله می‌تواند باعث ترکیب ویژگی‌های چندوظیفه‌ای ذاتی اکسیدهای فلزی انتقالی با فلزهای دو بعدی بر روی سطح آن شود. توسعه‌های نه چندان دور از انتظار در آینده، می‌تواند شامل تزویج یک لایه‌ی اکسید فروالکتریک در سطح آن با گاز الکترونی برای ساخت حافظه‌های غیرفرّار، یا قرار دادن مدارهای شفاف بر روی سطح سلول‌های خورشیدی یا صفحات لمسی باشد.

فرآیند توضیح داده شده، در آزمایش‌هایی با استفاده از "طیف‌نمایی انتشار فوتون با زاویه‌ی تجزیه شده"2 (ARPES) در سینکروترون سُلِیل سینت-آبین فرانسه و مرکز تابش سینکروترون در دانشگاه ویسکونسین در ایالات متحده مطالعه و بررسی شده است.

اصل مقاله:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به لینک‌های زیر مراجعه نمایید:

زیرنویس‌ها:

پژوهشگران دانشگاه آکسفورد موفق شده‌اند ماده‌ای ناابررسانا را با استفاده از نور به ماده‌ای ابررسانا تبدیل کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از دانشگاه آکسفورد، صد سال پس از اینکه پدیده‌ی ابررسانایی برای نخستین بار در سال 1911 مشاهده شد، این گروه پژوهشی از دانشگاه آکسفورد، آلمان، و ژاپن توانستند اثر قطعی ابررسانایی را پس از تاباندن پرتوهای پرقدرتی از نور لیزر به ماده‌ای ناابررسانا مشاهده کنند.

پروفسور آندریا کاوالری (Andrea Cavalleri)، از دانشکده‌ی فیزیک دانشگاه آکسفورد و دانشکده‌ی ماکس پلانک در دینامیک‌های ساختاری در هامبورگ، می‌گوید: «ما از نور برای تبدیل یک عایق معمولی به یک ابررسانا استفاده کرده‌ایم. قبلاً، این مسأله از این نظر جالب بود که در مورد این دسته از مواد چه چیزی را به ما می‌گوید، امّا سؤالی که اکنون ایجاد شده، این است که آیا ما می‌توانیم ماده‌ای را به دماهای خیلی بالاتر ببریم و آن را تبدیل به ابررسانا کنیم؟»

ماده‌ای که این پژوهشگران استفاده کرده‌اند با ابررساناهای اکسید مس دمابالا رابطه‌ی نزدیکی دارد، امّا آرایش الکترون‌ها و اتم‌ها در حالت عادی هرگونه جریان الکترونیکی را خنثی می‌کند.

در مجله‌ی Science، آن‌ها شرح داده‌اند که چگونه پالس پرقدرتی از لیزر فروسرخ برای به‌هم‌ریختن آرایش برخی از اتم‌های درون این ماده مورد استفاده قرار گرفته است. این ترکیب، با نگه‌داشته‌شدن در دمایی تنها 20 درجه بیشتر از صفر مطلق، تقریباً بی‌درنگ برای مدت کسری از یک ثانیه، پیش از بازگشت به حالت پایدار خود به یک ابررسانا تبدیل شد.

ابررسانایی به پدیده‌ی عبور جریان الکتریکی از ماده‌ای، بدون هیچ‌گونه مقاومتی گفته می‌شود. ماده‌ی ابررسانا یک رسانای کامل الکتریکی است که هیچ‌گونه تلفاتی ندارد.

ابررساناهای دمابالا را می‌توان در بین دسته‌ای از مواد یافت که از لایه‌هایی از اکسید مس ساخته شده‌اند و در کل، تا دمای 170- درجه‌ی سانتیگراد خاصیت ابررسانایی دارند. این‌ها موادی پیچیده هستند و برهم کنش الکترون‌ها و اتم‌ها به این صورت است که الکترون‌ها در یک حالت منظم در یک ردیف قرار می‌گیرند و دسته جمعی، بدون هیچ مقاومتی از میان ماده عبور می‌کنند.

پروفسور کاوالری می‌گوید: «با توجه به اینکه زمان منظم شدن الکترون‌ها و رسیدن به ابررسانایی، تنها یک میلیونیم میلیونیم از یک ثانیه طول می‌کشد، ما نشان داده‌ایم که حالت ناابررسانایی و حالت ابررسانایی در این‌گونه مواد چندان تفاوتی ندارند. این مسأله احتمالاً به این دلیل است که در حالت ناابررسانایی هم الکترون‌ها شکل منظمی دارند امّا عاملی هست که از منظم شدن آن‌ها و بروز مقاومت صفر جلوگیری می‌کند. نورِ به‌دقت تنظیم‌شده‌یِ لیزر، این عامل را از بین می‌برد و موجب ابررسانایی می‌شود.»

این پیشرفت، راه جدید و با کنترل بالایی را پیشنهاد می‌دهد برای کنکاش این موضوع که چگونه ابررسانایی در این‌گونه مواد پدید می‌آید؛ معمایی که از زمان نخستین کشف ابررساناهای دمابالا در سال 1986 همچنان باقی است.

امّا، این پژوهشگران امیدوارند که این رهیافت بتواند مسیری نیز برای دست‌یابی به ابررسانایی در دماهای بالاتر باز کند. دستیابی به ابررساناهایی که در دمای اتاق کار می‌کنند، خواهد توانست کاربردهای فن‌آورانه‌ی بسیاری را به روی پژوهشگران بگشاید.

پروفسور کاوالری می‌گوید: «حجم زیادی از فکر و اندیشه وجود دارد که به ما می‌گوید ممکن است بتوان به ابررسانایی در دماهای بالاتر دست یافت، امّا برخی چالش‌های مرتبط با ساختار ماده سر این راه قرار دارند. ما باید بتوانیم این ایده را بررسی کنیم و ببینیم که آیا می‌توان بر این چالش چیره شد و ابررسانایی را در دماهای بالاتر ممکن ساخت یا خیر. به یقین این مسأله ارزش تلاش کردن را دارد».

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از دانشگاه گلاسگو، دانشمندان دانشگاه گلاسگو یک پردازنده‌ی رایانه‌ای فوق‌سریع 1000 هسته‌ای را تولید کرده‌اند.

هسته بخشی از واحد پردازش مرکزی (CPU) رایانه است که خواندن و اجرای دستورالعمل‌ها را بر عهده دارد. در ابتدا رایانه‌ها تنها با یک پردازنده‌ی مرکزی ساخته می‌شدند، امّا امروزه پردازنده‌هایی با دو، چهار و یا حتی شانزده هسته هم پیش پا افتاده هستند.

با این حال دکتر ویم وندرباوهد (Wim Vanderbauwhede) و همکارانش در دانشگاه ماساچوست لوول پردازنده‌ای را تولید کرده‌اند که به شکل مؤثر شامل بیش از هزار هسته بر روی یک تراشه است.

برای انجام این کار، دانشمندان از تراشه‌ای استفاده کرده‌اند که FPGA نامیده می‌شود و مانند تمام میکروتراشه‌ها شامل میلیون‌ها ترانزیستور -سوئیچ‌های قطع و وصل بسیار کوچکی که بخش اساسی هر مدار الکترونیکی هستند- است.

FPGAها می‌توانند به وسیله‌ی کاربر به صورت مدارهای ویژه‌ای با وظایفی غیر از وظیفه‌ی تعیین‌شده در کارخانه‌ی ساخت، شکل داده شوند. این مسأله به گروه دکتر وندرباوهد اجازه داده است تا ترانزیستورهای داخل تراشه را به دسته‌های کوچکی تقسیم کنند و برای هر بخش وظیفه‌ی متفاوتی در نظر بگیرند.

با ایجاد بیش از هزار مدار کوچک در داخل تراشه‌ی FPGA، دانشمندان به شکل مؤثری تراشه را تبدیل به پردازنده‌ای هزار هسته‌ای کرده‌اند که هر هسته بر روی دستورالعمل‌های خاص خودش کار می‌کند.

پس از آن، دانشمندان از این تراشه برای پردازش الگوریتمی -الگوریتم اصلی فرمت فیلم MPEG- با سرعت پنج گیگابایت بر ثانیه استفاده کردند؛ سرعتی که در حدود بیست برابر از رایانه‌های پرقدرت رایج سریع‌تر است.

دکتر وندرباوهد می‌گوید: «FPGAها در رایانه‌های استاندارد استفاده نمی‌شوند. زیرا به سختی می‌توان آن‌ها را برنامه‌ریزی کرد، امّا توان پردازش آن‌ها بالا است و در عین حال، مصرف انرژی در آن‌ها بسیار پایین است؛ زیرا آن‌ها سرعت بسیار بالاتری دارند. بنابراین FPGAها گزینه‌های سبزتری نیز هستند.»

درحالی‌که بیشتر رایانه‌هایی که امروزه به فروش می‌رسند، دارای بیش از یک هسته هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد بتوانند فرآیندهای مختلفی را به شکل هم‌زمان انجام دهند، پردازنده‌های چند هسته‌ای رایج باید دست‌یابی خود را به یک حافظه‌ی مرکزی به اشتراک بگذارند که این مسأله سرعت سیستم را کاهش می‌دهد.

دانشمندان درگیر در این پژوهش توانستند با دادن یک فضای حافظه‌ی اختصاصی به هر هسته، سرعت پردازنده را افزایش دهند.

دکتر وندرباوهد که امیدوار است پژوهش خود را در نشست بین‌المللی «محاسبات قابل‌بازپیکربندی کاربردی» در مارس 2011 ارائه کند، می‌افزاید: «این کار، مرحله‌ی ابتدایی و مرحله‌ی اثبات مفهوم موردنظر است که در آن ما در حال تلاش برای نشان دادن راهی آسان برای برنامه‌ریزی FPGAها هستیم، به‌طوری‌که قابلیت آن‌ها برای فراهم کردن توان محاسباتی بسیار سریع، به شکلی گسترده‌تر در آینده‌ی الکترونیک و محاسبات مورد استفاده قرار گیرد.»

«با وجود اینکه بسیاری از فن‌آوری‌های موجود مانند تلویزیون‌های پلاسما و LCD و مسیریاب‌های شبکه‌های رایانه‌ای به‌تازگی از FPGA استفاده می‌کنند، استفاده‌ی آن‌ها در رایانه‌های رومیزی استاندارد محدود است.»

«البته، ما همین حالا میکروتراشه‌هایی را می‌بینیم که CPUهای رایج را با تراشه‌های FPGA ترکیب می‌کنند و از طرف توسعه‌دهندگانی مانند اینتل و ARM اعلام می‌شوند.»

وندرباوهد اضافه کرد: «به نظر من این نوع از پردازنده‌ها ظرف چند سال آینده گسترش خواهند یافت و به سرعت گرفتن رایانه‌ها سرعت خواهند بخشید.»

دانشمندی ژاپنی که «علاقه‌ی بسیار زیادی به الکل دارد»، کشف کرده است که فرو بردن نمونه‌هایی از یک ماده درون مشروب به مدت 24 ساعت، آن‌ها را به موادی ابررسانا تبدیل می‌کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، دکتر یوشی‌هیکو تاکانو (Yoshihiko Takano)، از مؤسسه‌ی ملّی علم مواد (NIMS) در سوکوبای ژاپن، پس از یک مهمانی و با آزمایش در روز بعد کشف کرد که با فرو بردن قطعاتی از یک ماده‌ی ابررسانای بالقوه در نوشیدنی‌های الکلی، آن مواد خاصیت ابررسانایی از خود نشان می‌دهند. در این بررسی معلوم شد که نوشابه‌های الکلی تجاری، به ویژه شراب، از آب و الکل خالص برای این کار مؤثرترند.

ابررساناها موادی فلزی هستند که با مقاومت صفر در کمتر از یک دمای به‌خصوص، به الکتریسیته اجازه می‌دهند تا از آن‌ها عبور کند. ابررساناهایی که تاکنون کشف شده‌اند، تنها در دماهای خیلی پایین کار می‌کنند (اغلب در دمایی نزدیک به دمای صفر مطلق). بنابراین، کشف ماده‌ای که در دمای اتاق کار می‌کند، می‌تواند کاربردهای مهمی مثل خطوط قدرت با کابل‌های ابررسانا و شاید در شناور ساختن اشیای بزرگ مثل قطارها (از آنجائی‌که ابررساناها میدان‌های مغناطیسی را دفع می‌کنند) داشته باشد. با وجود اینکه ابررساناها از زمان کشف آن‌ها در سال 1911 به‌وسیله‌ی دانشمندی هلندی به نام هیک کامرلینگ اونز (Heike Kamerlingh Onnes) شناخته شده هستند، این پدیده هنوز به طور کامل درک نشده است.

این پژوهشگران نمونه‌هایی از FeTe0.8S0.2 را با مهر و موم کردن پودر آهن، تلوریوم و تلوریوم سولفید در لوله‌ای خالی از جنس کوارتز و حرارت دادن این مخلوط در دمای ششصد درجه‌ی سانتیگراد به مدّت ده ساعت، به دست آوردند. این ماده در حالت عادی یک ابررسانا نیست امّا در صورتی‌که در معرض اکسیژن قرار گیرد یا در آب قرار داده شود، خاصیت ابررسانایی از خود نشان می‌دهد.

پس از یک میهمانی، تاکانو حیرت‌زده با خود فکر کرد که آیا مشروباتی که آن‌ها مصرف کرده بودند مانند آب خالص کار خواهند کرد؟ برای فهمیدن این مسأله، آن‌ها نمونه‌هایی از FeTe0.8S0.2 را با آب‌جو، شراب قرمز و سفید، یک نوشیدنی ژاپنی، شوچو (نوعی مشروب تقطیر شده)، و ویسکی و همچنین با غلظت‌های متفاوتی از اتانول و آب آزمایش کردند. همه‌ی این نمونه‌ها به مدّت 24 ساعت گرم شدند و در دمای هفتاد درجه‌ی سانتیگراد قرار داده شدند.

نتیجه‌ی این آزمایش این بود که نمونه‌های اتانول-آب، ابررسانایی بیشتری را از خود نشان می‌دادند که مستقل از غلظت اتانول بود. همه‌ی نمونه‌های گرم‌شده در نوشیدنی‌های الکلی، ابررسانایی بسیار بیشتری که باز هم از مقدار الکل مستقل بود، از خود نشان دادند. شراب قرمز از سایر موارد مؤثرتر بود. این گروه پژوهشی درصد افزایش ابررسانایی را برای تمام نمونه‌ها به دست آوردند که گستره‌ی نتایج از %1/23 برای شوچو تا %4/62 برای شراب قرمز بود. ولی هیچ‌یک از نمونه‌های اتانول بیشتر از %15 افزایش نداشتند.

اعضای گروه در نهایت نتیجه گرفتند ازآنجائی‌که شراب و آب‌جو به راحتی اکسید می‌شوند و اکسیژن هم باعث افزایش خاصیت ابررسانایی می‌شود، نوشابه‌های الکلی می‌توانند نقش برجسته‌ای را در تامین اکسیژن لازم در یک ماده به عنوان کاتالیزور داشته باشند. برای تایید فرآیند دقیق این اتفاق، به پژوهش‌های بیشتری نیاز است.

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید.

پژوهشگران ژاپنی آلیاژ جدیدی ساخته‌اند با ویژگی‌هایی مشابه پالادیم که فلزی گران‌بها و پرکاربرد در بسیاری از ابزارهای فن‌آورانه است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، هیروشی کیتاگاوا (Hiroshi Kitagawa)، استاد دانشگاه کیوتو، و گروهش اعلام کردند که از نانوفن‌آوری برای ادغام رودیم و نقره، دو عنصری که معمولاً با هم ترکیب نمی‌شوند، در تولید این محصول جدید استفاده کرده‌اند.

ساخت این آلیاژ از این جهت مهم است که ویژگی‌هایی شبیه به پالادیم از خود نشان می‌دهد. پالادیم در مبدل‌های کاتالیزری آلاینده‌کاه‌های خودروها و همچنین در رایانه‌ها، تلفن‌های همراه، تلویزیون‌های صفحه‌ی مسطح، و ابزارهای دندانپزشکی استفاده می‌شود.

همانند سایر فلزهای سفید، از جمله نقره و پلاتینیم، پالادیم هم فلزی گران‌قیمت است که بیشتر در معادن کشورهای آفریقای جنوبی و روسیه نهفته است.

همچنین، پالادیم کاربردهایی در ساخت سلول‌های سوختی دارد که یکی از منابع پاک و تجدیدپذیر انرژی است که با ترکیب اکسیژن و هیدروژن، برق تولید می‌کند و تنها فرآورده‌ی اضافی آن آب است.

طبق این گزارش، برای ساخت این آلیاژ جدید، گروه کیوتو از نانوفن‌آوری برای ایجاد بخاری از ترکیب رودیم و نقره استفاده کرده‌اند و آن دو را به آرامی و به شکلی پایدار در سطح اتمی با الکل گرم‌شده مخلوط کرده‌اند.

وزارت صنایع ژاپن 31 فلز کمیاب را فهرست کرده است که در آن، پالادیم و لیتیم هم که در فرآورده‌های صنعتی مثل ابزارهای الکترونیکی و باتری‌ها وجود دارند، به چشم می‌خورند. از این تعداد، هفده عنصر با نام مواد معدنی کمیاب زمین نام برده می‌شوند.

کشور ژاپن که از لحاظ ذخایر معدنی چندان غنی نیست، تلاش کرده است تا از وابستگی خود به چین بکاهد. چین بخش عمده‌ی تولید موادکمیاب کره‌ی زمین را تحت کنترل خود دارد.

کیتاگاوا گفت که امیدوار است تا آلیاژهای بیشتری را با استفاده از نانوفن‌آوری بسازند، بدون آنکه به‌طور مشخص از مورد خاصی نام ببرد.

احتمالاً هیچ درخواستی برای چاپ سلول‌های خورشیدی روی دستمال دستشویی ارائه نشده است، اما با روشی که در دانشگاه MIT توسعه داده شده، دقیقاً می توان چنین کاری را انجام داد، البته اگر لازم باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، رسوب‌گذاری بخار شیمیایی اکسیدشده (oCVD) می‌تواند امکان تولید کم‌هزینه‌ی سلول های خورشیدی و سایر ابزار الکترونیکی را روی مواد نازک و انعطاف‌پذیر فراهم نماید که سایر فرآیندها به آسانی قادر به انجام آن نیستند. مایلز بار (Miles Barr)، دانشجوی تحصیلات تکمیلی که در آزمایشگاه پروفسور کارن گلیسون (Karen Gleason)، استاد مهندسی شیمی در دانشگاه MIT، مشغول به کار است، این فرایند را در نشست پاییزه‍‌ی «انجمن پژوهش‌ مواد» در بوستون شرح داد.

این روش مبتنی است بر رسوب‌گذاری پلیمرهای درهم‌آمیخته؛ پلاستیک‌هایی با رسانایی و ویژگی‌های نیمه‌رسانایی خوب که همچنین، انعطاف‌پذیر، انبساط‌پذیر، و حتی خم‌پذیر هستند. بار می‌گوید: «ما علاقه‌ی ویژه‌ای به این پلیمرها، به خاطر ویژگی‌های مکانیکی خوب آن‌ها داریم.»

این فرآیند بخاری از مونومِر و عاملی اکسیدکننده را روی بستر موردنظر می‌پاشد. هنگامی که این مواد روی سطح با هم برخورد می‌کنند، پلیمری می‌شوند و به‌صورت زنجیره‌ای بلند برای تشکیل پلاستیک شناخته‌شده‌ای به نام PEDOT به یکدیگر متصل می‌شوند. تغییر دمای سطحی بستر از 20˚C تا 100˚C مشخص می‌کند که سطح رویین لایه چگونه شکل بگیرد؛ که از حالت تخت تا پُر از نانومنفذها می‌تواند تغییر کند. این پلیمر به خودی خود ماده‌ای رسانا ست اما جاسازی نانومنفذها با ذرات نقره می‌تواند رسانایی را تا هزار برابر افزایش دهد. به گفته‌ی بار، این فرآیند کاربران را قادر می‌سازد که پلیمر درهم‌آمیخته را تنها در یک مرحله، سنتز، رسوب‌گذاری، و نگارش کند.

به منظور نمایش قابلیت‌های oCVD، بار و همکاران او این فرآیند را روی شماری از مواد بسیار حساس و لطیف انجام دادند. کاغذ برنج (کاغذ نازک) که در رستوران‌ها از آن استفاده می‌شود، در بسیاری از فرآیندها حل می‌شود، اما در اینجا به علت آنکه از مواد حلال دور است، دست نخورده باقی می‌ماند. لایه‌ای پلاستیکی، مانند پوشش ساران - که به سبب دفع آب به سختی روکش‌گذاری می‌شود - با این فرآیند خشک می‌تواند روکش‌گذاری شود. همچینین، این پژوهشگران حتی سلولی خورشیدی را روی دستمال دستشویی چاپ کرده‌اند.

بار می‌گوید: «این مثال ها فقط برای نشان دادن همه‌کاره بودن این فرآیند است، هیچ کدام از این سطوح، سطوحی نیستند که ما لزوماً بخواهیم با الکترونیک کار کنند. شما به‌طور کلی به کاغذ به عنوان سطح مناسبی برای فوتوولتاییک‌ها نگاه نمی کنید، چرا که چندان شفاف نیست.»

در هر صورت، کاربردهایی به وجود خواهند آمد که ساخت قطعات الکترونیکی روی سطوحی مانند نمایشگرهای انعطاف‌پذیر، پارچه یا کاغذ به کارشان خواهد آمد. و مهندسان هر روز به چاپ لوله-به-لوله رغبت بیشتری نشان می دهند -که در این چاپ، جوهرها روی پلاستیک یا ماده‌ی انعطاف‌پذیر دیگری چاپ می‌شوند در حالی که از روی یک ماشین به ماشین دیگر غلطیده می‌شود- چرا که سریع‌تر و در برخی قطعات الکترونیکی، از جمله فوتوولتاییک‌ها، روشی کم‌هزینه‌تر است.

این گروه، سلول‌های خورشیدی را روی پلاستیکی معمولی ساختند و تا شعاعی کمتر از 5 میلی‌متر بیش از 1000 بار آن را خم کردند، سپس سلول‌ها را مورد آزمایش قرار دادند نا بررسی کنند که آیا باز کار می‌کنند یا نه. به گفته‌ی بار، بازده آن‌ها بیش از 99 درصد بازده پیش از خمش را همچنان حفظ کرده بود. الکترودها تا شعاعی کم‌تر از 1 میلی‌متر خم شدند و بیش از 100 بار چین خوردند و تا 200 درصد کشیده شدند ولی همچنان رسانایی بالای خود را حفظ کردند. سلولی خورشیدی که روی پوشش ساران ساخته شده بود نیز حتی تا زمانی که 180 درصد کشیده شده بود، کارآیی خوبی از خود نشان داد، پس از آن پوشش پاره شد و سلول از بین رفت.

برای نمایش این کار، آقای بار سلولی خورشیدی را روی تکه‌ای کاغذ چاپ نمود، و در ویدئویی که در کنفرانس آن را به نمایش درآورد، دانشجویی کاغذ را به شکل یک هواپیما تا کرد، سیم های اتصال را وصل کرد و نوری را روی قطعه‌ی تاشده تاباند، وسیله همچنان به تولید جریان ادامه می داد.

بار گفت: «نمی‌دانم که آیا هواپیماهای کاغذی آینده‌ی سلول های خورشیدی خواهند بود یا نه.» اما، در این مورد که هستند، او این کار را محقق کرده است.

پژوهشگران دانشگاه رایس گام دیگری به سمت ساخت میکروباتری‌های سه‌بعدی قدرتمندی برداشتند که سریع‌تر شارژ می‌شوند و مزیت‌های دیگری را نسبت به باتری‌های معمول لیتیم-یونی دارند. آن‌ها می‌توانند نسل‌های جدیدی از حسگرهای از-راه-دور، صفحه نمایش‌ها، کارت‌های هوشمند، الکترونیک انعطاف‌پذیر، و قطعه‌های زیست‌پزشکی را تغذیه کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، این باتری‌ها آرایه‌هایی عمودی از نانوسیم‌های نیکل-قلع را به‌کار می‌برند. این نانوسیم‌ها به‌طور کامل درون روکشی از PMMA، پلیمری پرُکاربرد و مشهور به پلکسی‌گلاس، قرار داده می‌شوند. آزمایشگاه پولیکل آجایان (Pulickel Ajayan) در رایس راهی پیدا کرد تا به شکلی مطمئن تک‌تک نانوسیم‌ها را با لایه‌ی صاف و نرمی از الکترولیت ژلِ مبتنی بر PMMA بپوشاند که این روکش، سیم‌ها را به هنگام عبور یون‌ها، از الکترود روبه‌رویی عایق می‌سازد.

آجایان، استاد مهندسی مکانیک و علم مواد و شیمی، گفت: «شما در باتری، دو الکترود دارید که با مانعی ضخیم از هم جدا شده‌اند. چالش بر سر آوردن همه چیز به مجاورت بسیار نزدیک همدیگر است که در نتیجه، این ماده‌ی الکتروشیمی بسیار کارآمدتر خواهد شد.»

آجایان و گروهش فکر می‌کنند موفق به انجام چنین کاری شده‌اند، با کشت جنگل‌هایی از نانوسیم‌های روکش‌دار -میلیون‌ها از آن‌ها روی تراشه‌ای به اندازه‌ی یک ناخن- برای میکروقطعه‌هایی که این قابلیت را دارند که تا مقیاس‌های با مساحتی بزرگ‌تر توسعه یابند، بزرگ‌تر از آن‌چه در باتری‌های لایه‌نازک رایج است. آجایان گفت: «شما به آسانی نمی‌توانید مقیاس ضخامت باتری لایه‌نازک را تغییر دهید، چرا که ساختار جنبشی یون لیتیم کند و تنبل خواهد شد.»

سانکت گودا (Sanketh Gowda)، دانشجوی تحصیلات تکمیلی آزمایشگاه آجایان، گفت: «ما می‌خواستیم بدانیم که چگونه ساختار طرح‌های سه‌بعدی باتری‌ها می‌توانند از مقیاس نانو ساخته شوند و شکل بگیرند. با افزایش ارتفاع نانوسیم‌ها، می‌توانیم مقدار انرژی ذخیره‌شده را افزایش دهیم و در عین حال، فاصله‌ی انتشار یون لیتیم را ثابت نگه داریم.»

این پژوهشگران، به رهبری گودا و پژوهشگر فوق‌دکترا آراوا لیلا موهانا ردی (Arava Leela Mohana Reddy)، بیش از یک سال برای تصحیح این فرآیند کار کردند.

ردی گفت: «صادقانه باید گفت که مفهوم سه‌بعدی چند مدتی هست که وجود دارد. تحولی که اینجا ایجاد شده است، توانایی قرار دادن روکشی از PMMA روی نانوسیم در طول فاصله‌های بلند است. حتی شکاف کوچکی در روکش‌سازی آن را نابود خواهد کرد.» به گفته‌ی او، روش یکسانی در حال آزمایش بر روی سیستم‌های نانوسیم با ظرفیت‌های بالاتر است.

این فرآیند مبتنی است بر پژوهش پیشین آزمایشگاه در ساخت کابل‌های نانوسیم هم‌محور (کواکسیال) که در نسخه‌ی سال پیش Nano Letters منتشر شده بود. در این کار جدید، پژوهشگران نانوسیم‌هایی را با درازای 10 میکرون، به روش الکترو-رسوب‌گذاری در روزنه‌های قالب آلومینیمی آندی‌شده کشت دادند. سپس، این روزنه‌ها را با روش ساده‌ی تیزاب شیمیایی پهن‌تر کردند و PMMA را روی این آرایه ریختند تا نانوسیم‌ها از سر تا پا دارای روکش صافی شوند. سپس، شست‌وشویی شیمیایی آن قالب را از بین برد.

آن‌ها موفق به ساخت میکروباتری‌هایی با ابعاد یک سانتی‌مترمربع شده‌اند که نسبت به باتری‌های دوبعدیِ با طول الکترود یکسان، انرژی بیش‌تری را نگه می‌دارد و سریع‌تر شارژ می‌شود. گودا گفت: «با رفتن به حالت سه‌بعدی، می‌توانیم انرژی بیش‌تری را در مساحت سطح یکسانی تحویل دهیم.»

به نظر آن‌ها، روکش PMMA تعداد دفعه‌هایی را که باتری می‌تواند شارژ شود، افزایش می‌دهد و این کار را با تثبیت شرایط بین نانوسیم‌ها و الکترولیت مایع انجام می‌دهد، شرایطی که در طول زمان تمایل به درهم‌شکستن دارد.

همچنین، این گروه در حال مطالعه بر روی چگونگی اثرات چرخه‌زنی (cycling) بر نانوسیم‌ها هستند که، مانند الکترودهای سیلیکونی، با ورود و خروج یون‌های لیتیمی منبسط و منقبض می‌شوند. تصویرهای میکروسکوپ الکترونی از نانوسیم‌ها که پس از تعداد زیادی از چرخه‌های شارژ/دشارژ گرفته شده‌اند، هیچ شکافی را در روکش PMMA نشان ندادند، حتی سوراخی بسیار ریز. در نتیجه، پژوهشگران قانع شدند که این روکش می‌تواند انبساط حجم در الکترود را تحمل کند، که منجر به افزایش طول عمر این باتری‌ها می‌شود.

نتایج این پژوهش به‌تازگی در نسخه‌ی آنلاین مجله‌ی Nano Letters منتشر شده است.

نانولیتوگرافی، یا همان نگارش سطحی در مقیاس نانو، امری حیاتی در فن‌آوری‌های نوین است، اما این روش تاکنون تنها برای نگارش سطوح هموار توسعه داده شده است. گروهی از دانشمندان دانشگاه آکرون (Akron) روش جدیدی را برای نگارش سطوح انحنادار کشف کرده‌اند. این روش، با استفاده از نانوذره‌هایی مستقل-از-هم نگاره‌ها را روی سطوح انحنادار یا ناهموار ایجاد می‌کند، که چشم‌اندازهای تازه‌ای را رو به این فن‌آوری می‌گشاید.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، یافته‌های دانشجویان تحصیلات تکمیلی دانشگاه آکرون، سارانگ پی. بهاواکار (Sarang P. Bhawalkar)، جون کیان (دانشجوی موقت از دانشگاه تیانجین (Tianjin) چین)، مایکل سی. هیبر (Michael C. Heiber)، و استادیار علم پلیمر، دکتر لی جیا (Li Jia)، در نسخه‌ی 16 نوامبر 2010 مجله‌ی لانگموییر، یکی از مجلات انجمن شیمی امریکا، در دسترس است.

جیا گفت: «نانوذره‌هایی که به شکل نگاره‌هایی شش‌گوش آرایش می‌یابند، پیش از کار ما نیز به‌طور گسترده در نگارش سطحی به‌کار برده شده‌اند، اما این ذره‌ها یکدیگر را لمس و پشتیبانی می‌کنند. ما کنجکاو بودیم که بدانیم آیا می‌توانیم ذراتی مستقل-از-هم را به‌کار ببریم که یکدیگر را پشتیبانی نکنند. این کار چندین مزیت دارد. یکی از آن‌ها امکانِ نگارشِ سطوح انحنادار یا ناهموار است. فوتولیتوگرافی رایج را درنظر بگیرید، که در قراردهی مدارهای پیچیده روی تراشه‌های رایانه‌ای هموار بسیار کارآمد است، اما در نگارش سطوحی که هموار نیستند، استعدادی ندارد.»

بنابه گفته‌ی جیا، چالشی که در سر این راه قرار داشت، ایمن‌سازی نگاره در برابر نیروی ظریف جانبی بود. راه‌حل سارانگ در هنگام مواجهه با این چالش، غوطه‌ور کردن آن‌ها با پوششی از پلیمر بود. جیا در این باره گفت: «این [راه‌حل] مثل یک طلسم کار کرد.»

به گفته‌ی جیا، این روش تحولی بزرگ است، چرا که با تمام ریخت‌های توپوگرافیگ از مقیاس‌های ماکروسکوپی گرفته تا مقیاس‌های میکروسکوپی سازگار است. هم‌اکنون، این گروه در حال کار بر روی ساخت سطوحی با ترکیبی از چندین ویژگی پیشرفته مانند خود-پاکسازی، پاد-انعکاسی، و پاد-انجمادی است که این ویژگی‌های سطحی در آسمان‌خراش‌ها، هواپیماها، صفحه‌های خورشیدی، و پنجره‌های محل‌های مسکونی بسیار موردنیاز است.

این پژوهشگران در حال آزمایش روش لیتوگرافی خود بر روی سطوح بزرگ هستند. همچنین، در حال انجام آزمایش‌هایی برای سنجش میزان دوام نگاره‌ها هستند تا دریابند که وقتی در معرض نوسان‌های دمایی و ساییدگی قرار می‌گیرند، تا چه میزان پایدار هستند.

جیا اضافه می‌کند که گام بعدی او و همکارانش، همراه با دیگر کارشناسان، بررسی کاربردهای این روش لیتوگرافی در مدارهای نوری، تصویربرداری و حسگری، و زیست‌مهندسی است.

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید.

دیودهای نور-گسیل ارگانیک، اساس نسل جدیدی از لامپ‌ها را خواهند ساخت؛ لامپ‌هایی با مساحت وسیع که می‌توانند به شکل‌های دلخواه درآیند و با قابلیت انعطاف بالایی با طراحی داخلی سازگار شوند. اما، «شیشه‌ی نورافشان» هنوز بسیار گران است. پژوهشگران قصد دارند لامپ‌های نسل آینده را بهینه سازند و قیمت آن را به‌وسیله‌ی فرآیند ساخت جدیدی کاهش دهند.

فشار اندکی روی کلید لامپ می‌دهید و سپس، تمام سقف به رنگ یکپارچه و خوشایندی روشن می‌شود. این «آسمان نورافشان» هنوز در دسترس نیست، اما به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، پژوهشگران سراسر جهان در تلاش اند تا آن را محقق سازند. فن‌آوری پشتیبان این آرزوی حیرت‌آور، دیودهای نور-گسیل ارگانیک یا همان OLEDها هستند. همین‌که از این دیودها جریان عبور می‌کند، با استفاده از مولکول‌های ویژه‌ای نور گسیل می‌کنند. اگرچه، اولین OLEDها همین اواخر در دسترس قرار گرفته‌اند، با این‌حال کوچک و گران‌قیمت هستند. صفحه‌ای مسطح به قطر هشت سانتی‌متر حدود 250 یورو هزینه دارد. کارشناسان مؤسسه‌ی فرانهوفر بخش فن‌آوری لیزر (ILT) در آخن، آلمان در همکاری مشترکی با شرکت فیلیپس در حال توسعه‌ی فرآیندی برای ساخت این لامپ‌ها هستند، به‌گونه‌ای که بسیار بزرگ‌تر و ارزان‌تر باشند و بنابراین، مناسب برای بازار انبوه.

قیمت بالای این لامپ‌ها به‌طور عمده به فرآیند پرهزینه‌ی ساخت آن‌ها برمی‌گردد. OLED شامل ساختار لایه‌ای ساندویچی‌مانندی است: الکترود مسطحی در زیر، چندین لایه‌ی میانی در بالا، کنار لایه‌ی نورافشان اصلی که شامل مولکول‌های ارگانیک است. لایه‌ی نهایی الکترود دوم است که از ماده‌ی ویژه‌ای به نام ITO (ایندیم قلع اکسید) ساخته شده است. لایه‌ی ITO، به همراه لایه‌ی پایین‌تر، وظیفه‌ی تغذیه‌ی مولکول‌ها با جریان را دارند تا آن‌ها روشن شوند. اما، مشکل این‌جا ست که الکترود ITO به اندازه‌ی کافی رسانا نیست تا جریان را به‌طور یکنواخت در طول سطح وسیع‌تری توزیع کند. نتیجه این‌که، به جای یک الگوی مهتابی همگن، درخشش آن به‌طور مشخص در مرکز نورافشان سطحی کاهش می‌یابد.

کریستیان ویدر (Christian Vedder)، مدیر پروژه در مؤسسه‌ی فرانهوفر بخش فن‌آوری لیزر، گفت: «برای جبران آن، مسیرهای رسانای اضافی به لایه‌ی ITO متصل می‌شود. این مسیرهای رسانا از فلز هستند و جریان را به‌طور یکنواخت بر روی سطح توزیع می‌کنند، در نتیجه لامپ به‌طور همگن روشن می‌شود.»

معمولاً، مسیرهای رسانا با فرآیندهای ساختاری و تبخیر پُرانرژی کار گذاشته می‌شوند، و تنها حداکثر 10 درصد از فضای نورافشان با مسیرهای رسانا پوشیده می‌شود. ویدر در این باره گفت: «باقی‌مانده که بسیار وسیع است و شامل تیزاب شیمیایی است، باید طی فرآیند پیچیده‌ای بازیافت شود.»

این همان تفاوت فرآیند جدید پژوهشگران مؤسسه‌ی فرانهوفر بخش فن‌آوری لیزر است. به جای رسوب‌گذاری مقدار زیادی از ماده به‌وسیله‌ی تبخیر و برداشتن دوباره‌ی اغلب آن، فقط دقیقاً همان مقدار فلز را به کار می‌گیرند که مورد نیاز است. اول از همه، ماسکی را روی سطح الکترود ITO می‌‎خوابانند. این ماسک شکاف‌هایی میکرومتری دارد که بعداً همان مسیرهای رسانا خواهند بود. پژوهشگران، روی این ماسک، لایه‌ی نازکی از فلز ساخته‌شده از آلومینیم، مس یا نقره قرار می‌دهند- یا هر فلزی که می‌خواهند مسیر رسانا از آن ساخته شده باشد. سپس، لیزری طبق نگاره‌ی مسیر رسانا با سرعت چند متر بر ثانیه حرکت می‌کند. فلز موردنظر ذوب و تبخیر می‌شود و این در حالی است که فشار بخار این اطمینان را می‌دهد که قطره‌های فلز، درون شکاف‌های نازک ماسک‌های روی الکترود ITO فرو می‌روند. حاصل این فرآیند، مسیرهای رسانای بی‌نهایت‌نازکی است. این مسیرها با پهنایی برابر با 40 میکرومتر، به‌طور کاملاً مشخصی از مسیرهای رسانای 100 میکرومتری که با فن‌آوری معمول ساخته می‌شوند، باریک‌تر است.

ویدر گفت: «ما نشان داده‌ایم که روش‌های ما در آزمایشگاه کار می‌کند. گام بعدی اجرای این روش به همراه شریک‌مان، فیلیپس، در صنعت است و نیز، توسعه‌ی فن‌آوری صنعتی‌ای برای نصب ارزان‌قیمت این مسیرهای رسانا در مقیاس بزرگ است.» این فرآیند لیزری جدید حدود دو تا سع سال دیگر برای کاربردهای عملی آماده خواهد بود.

فرآیند ساخت ویفرهای نیمه‌هادی چیزی نیست جز چاپ ریخت‌های کوچک بر روی ویفر به‌وسیله‌ی لیزر. فرآیندی که سرانجام توسط خود طول موج نور محدود می‌شود. صنعت نیمه‌هادی به‌سرعت در حال نزدیک شدن به این محدودیت ذاتی در افزایش سرعت تراشه‌ها است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران دانشگاه پوردو طی مقاله‌ای در مجله‌ی Applied Physics مدعی شدند که توسعه‌ی منبع نور (بی‌نهایت‌فرابنفش یا EUV) جدید 13.5nm این مسأله را با کاهش اندازه‌ی ریخت حل خواهد کرد.

به گفته‌ی ریان کونز، دانشجوی تحصیلات تکمیلی پوردو، یک راه برای تولید این طول موج نور، بمباران اهداف قلع (Sn) و لیتیمی (Li) با پرتوهای لیزری است تا پلاسمای به‌شدت روشنی ایجاد شود؛ Sn و Li کاندیداهای خوبی هستند چراکه پلاسمای آن‌ها در محدوده‌ی 13.5nm به‌طوربهره‌وری گسیل می‌شوند. او و همکارانش از طیف‌سنجی و فنجان فارادی برای تجزیه و تحلیل ریخت‌های گسیلی و باقی‌مانده‌ی پلاسماهای تولیدشده با لیزرِ قلع و لیتیم استفاده کردند، و دیگر اعضای گروه فرآیندهای فیزیکی آن‌ها را مدل کردند.

در مقایسه‌ای دقیق از آثار باقی‌مانده‌ی اتمی و یونی، و همچنین ریخت‌های گسیلی پلاسماهای Sn و Li، نتایج این گروه نشان می‌دهد که پلاسماهای Sn دو برابر Li گسیل دارند. البته، انرژی جنبشی یون‌های Sn به‌طورقابل‌ملاحظه‌ای بالاتر است، گرچه با شاری کمتر. اما، هنوز کار زیادی لازم است تا توسعه‌ی این فن‌آوری کامل شود.

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله، «تجزیه و تحلیل ریخت‌های باقی‌مانده‌ی اتمی و یونی پلاسماهای Sn و Li تولیدشده با لیزر» مراجعه نمایید.

پژوهشگران ژاپنی موفق به ساخت دسته‌ای از ساختارهای معلّق (پایه‌ها و پل‌ها) الماس‌های تک‌بلوری برای سیستم‌های میکرو/نانوالکترومکانیکی شده‌اند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، دکتر می‌یونگ لیائو (Meiyong Liao)، پژوهشگر ارشد در مرکز مواد حس‌گر، مؤسسه‌ی ملّی علم مواد (NIMS)، با سایر همکارانش در تولید دسته‌ایِ ساختارهای معلّق (پایه‌ها و پل‌ها) در الماس‌های تک‌بلوری برای سیستم‌های میکرو/نانوالکترومکانیکی (NEMS یا MEMS) موفقیت‌هایی به دست آورده‌اند. بر اساس این فرآیند، آن‌ها نخستین سوئیچ NEMS ساخته‌شده از الماس تک‌بلوری را به دنیا معرفی کرده‌اند.

این سوئیچ NEMS مزیت‌هایی مثل جریان نشتی کم، مصرف توان کم و نسبت قطع و وصل سریعی را در مقایسه با ادوات نیمه‌هادی متداول دارا ست. بیشتر سوئیچ‌های NEMS یا MEMS موجود، با سیلیکون یا مواد فلزی ساخته می‌شوند که مشکل آن‌ها پایداری مکانیکی، شیمیایی و حرارتی ضعیف، ماندگاری نامطلوب و قابلیت اطمینان کم است. الماس به دلیل داشتن ضریب کشسانی بسیار بالا، سختی مکانیکی، هدایت گرمایی، و هدایت الکتریکی متغیر از عایق تا رسانا، ماده‌ای ایده‌آل برای NEMS و MEMS است. امّا به دلیل دشواری تولید ساختارهای معلّق الماس تک‌بلوری، گسترش ادوات NEMS و MEMS ساخته‌شده از این مواد، به معضل و چالشی بزرگ تبدیل شده است.

گروه پژوهشی NIMS فرآیندی را برای تولید این ساختارها توسعه دادند. آن‌ها با روش کاشت یون پرانرژی، به‌طور موضعی لایه‌ای گرافیت را به عنوان قربانی در بستر الماس تک‌بلوری شکل دادند که پس از آن، با روش رسوب‌سازی با بخار شیمیایی پلاسمای مایکروویو (MPCVD) یک لایه الماس با هدایت الکتریکی روی لایه‌ی قبلی رشد داده می‌شود و در نهایت، لایه‌ی گرافیتی قربانی برداشته می‌شود. همچنین، برای توسعه‌ی بیشتر این فن، این گروه برای اوّلین بار موفق شدند به ساخت ادوات سوئیچینگ NEMS با ساختاری ترانزیستور-مانند که شامل 3 الکترود است.

جریان نشتی این سوئیچ‌های الماس NEMS بسیار پایین است و توان مصرفی هم کمتر از 10پیکووات است. این ادوات، قابلیت بازتولید و همچنین قابلیت اطمینان بالایی را از خود نشان می‌دهند و نیز هیچگونه اصطکاک ایستای (stiction) سطحی از خود بروز نمی‌دهند. ضمناً کارکرد پایدار سوئیچ NEMS الماس در محیطی با دمای بالا هم تأیید شده است. ضریب یونگ ساختار پایه‌ی قابل‌حرکت، 1100 GPa اندازه‌گیری شده است که خیلی نزدیک به مقدار تک‌بلورهای الماس انبوه است. بنابراین، می‌توان انتظار سرعت کلیدزنی بالا (در حد گیگاهرتز) را داشت.

در مقایسه با سوئیچ‌های MEMS موجود، انتظار می‌رود که سوئیچ‌های الماس NEMS کارکرد بسیار بهتری را از خود نشان دهند: مثل قابلیت اطمینان، طول عمر، سرعت، و ظرفیت تحمل الکتریکی و غیره. این ادوات توسعه‌یافته می‌توانند به عنوان سوئیچ‌های مایکروویو برای نسل بعدی ارتباطات بی‌سیم و مدارهای منطقی در محیط‌های ناملایم مورد استفاده قرار گیرند. همچنین، نتایج این پژوهش، زیرساختی خواهد بود برای NEMS یا MEMSهای الماسِ با کاربردهای نوین، که این مسأله راه را برای توسعه‌ی حس‌گرهای شیمیایی، فیزیکی، و مکانیکی مختلف باز خواهد کرد.

آزمایشگاه‌های فوجیتسو خبر از توسعه‌ی فن‌آوری جدیدی داده‌اند که تولید ترانزیستورهای منبع تغذیه را روی تقریباً هر سطح صافی شامل شیشه، پلاستیک یا مس ممکن می‌کند. با تشکیل یک ترانزیستور منبع تغذیه‌ی با ولتاژ شکست بالا بر روی یک ماده‌ی هدف با استفاده از اکسید روی (ZnO) و محافظت از کانال ترانزیستور با استفاده از لایه‌ای پلیمری، ولتاژ شکست بالا به دست آمد. این فن‌آوری جدید به مدارهای منبع تغذیه این توانایی را می‌دهد که بتوانند روی گستره‌ی بالایی از سطوح صاف با کاربردهای گوناگونی شامل حسگرها و قطعات پیزوالکتریک ساخته شوند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، جزئیات این فن‌آوری در نشست پاییزه‌ی انجمن پژوهش مواد در سال 2010 ارائه شده است که از 29 نوامبر تا 3 دسامبر در بوستون برگزار شد.

یکی از موضوعات مهم در کاهش اثرات محیطی، کم کردن توان مصرفی منابع تغذیه‌ی الکتریکی در کاربردهایی مثل تجهیزات IT، مصارف خانگی و خودروها است. به‌طور همزمان، تقاضای کاهش قیمت مدارهای منبع تغذیه‌ی همه منظوره، انتظار تحقق ترانزیستورهای منبع تغذیه‌ی ارزان و و با ولتاژ شکست بالا را ایجاد کرده است.

اکسید روی ماده‌ای نیمه‌رساناست که دارای شکاف نوار پهنی است و می‌تواند به عنوان ترانزیستور منبع تغذیه با تلفات کم مورد استفاده قرار گیرد و همچنین، ماده‌ای است که این قابلیت را دارد که ترانزیستورها را روی تقریباً هر سطح صافی ایجاد کند (شکل 1). اخیراً، پژوهش‌هایی به منظور شکل‌دهی اکسید روی بر روی بسترهای شیشه‌ای برای ترانزیستورهای صفحه نمایش کریستال مایع (LCD)، تلویزیون‌ها و مونیتورها در حال انجام است.

ساخت اکسید روی به عنوان ترانزیستور منبع تغذیه‌ی با ولتاژ شکست بالا، با چالش کم کردن چگالی ماده‌ی کانال -که برای ولتاژ شکست بالا مورد نیاز است- در هنگام خنثی سازی بارهای به دام افتاده در سطح ماده روبه‌رو است که می‌توانند باعث تمرکز میدان الکتریکی شوند. این مشکلات باید به شکلی حل می‌شد تا بتوان فن‌آوری‌ای را توسعه داد که به ماده‌ی اکسید روی اجازه‌ی استفاده در ساخت ترانزیستورهای با ولتاژ شکست بالا را در منابع تغذیه بدهد.

با به‌کارگیری ایندیم گالیم روی اکسید (IGZO) به عنوان ماده‌ی مورد نظر و محافظت از کانال ترانزیستور با لایه‌ای پلیمری (شکل 2)، آزمایشگاه‌های فوجیتسو توانست ترانزیستوری صد ولتی را برای استفاده در منابع تغذیه تولید کند (شکل 3). همچنین، از آن‌جاکه این ترانزیستور با ولتاژ شکست بالا می‌تواند به‌طورمستقیم بر روی بستر مس -که به عنوان ماده‌ی بسته‌بندی به‌کارمی‌رود- تولید شود، پراکندگی گرما آسان می‌شود و به راحتی قابل‌دسترسی است، و بنابراین هزینه‌ می‌تواند کاهش یابد.

این فن‌آوری جدید، قابل‌اعمال به مدارهای قدرت ساخته‌شده روی هر ماده‌ی مسطحی است و می‌تواند برای کاربردهایی مثل حسگرهای ولتاژبالا و ادوات پیزوالکتریک استفاده شود.

آزمایشگاه‌های فوجیتسو با افزایش بیشتر ولتاژ شکست و کاهش مقاومت حالت روشن، بهبود این فن‌آوری جدید را ادامه خواهد داد تا آن را مناسب ترانزیستورهای منبع تغذیه سازد و تلاش می‌کند که این فن‌آوری را تا سال 2015 در محصولات IT به کار گیرد.

Imec مدتی پیش در انجمن بین‌المللی ادوات الکترونی در سان‌فرانسیسکو، عکس‌بردار بی‌نهایت‌فرابنفش (EUV) فرا-نازکِ دو-رگه‌ای از جنس آلومینیم گالیم نیتراید بر روی بستر سیلیکون را ارائه داد که گام پیکسل-تا-پیکسل آن تنها 10 میکرومتر است. ماده‌ی با نوار شکاف بزرگ (AlGaN) نوعی بی‌حسی نسبت به طول‌موج‌های محدوده‌ی بینایی ایجاد می‌کند و شدت تشعشعات UV را در مقایسه با سیلیکون افزایش می‌دهد. پس‌نورافشانی (backside illumination) در طراحی دو-رگه، برای دستیابی به گام-به-گامی بسیار کوچک (تنها 10 میکرومتر) به کار رفت. این عکس‌بردار جدید آشکارسازی بسیار خوبی را در طول‌موج‌های حدود یک نانومتر انجام می‌دهد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، موضوع آشکارسازی فرابنفش، در علوم خورشیدی، و ذره‌بینی EUV، و ابزارهای لیتوگرافی پیشرفته‌ی EUV در جایگاه خاصی قرار دارد. حسگرها با استفاده از مواد با نوار شکاف بزرگ، بر مشکلات حسگرهای سیلیکونی چیره می‌شوند؛ مشکلاتی مثل حساسیت به آسیب تشعشع فرابنفش و نیاز به فیلترها برای سد کردن تشعشعات غیرضروری محدوده‌ی بینایی و مادون قرمز.

عکس‌بردار EUVی پس‌نورافشان Imec بر اساس طراحی دو-رگه‌ی پیشرفته‌ای است که حسگر آلومینیوم گالیم نیتراید را روی یک تراشه‌ی بازخوانی سیلیکونی مجتمع می‌کند. یک لایه‌ی آلومینیوم گالیم نیترید با ضخامت کمتر از یک میکرون روی ویفری از سیلیکون 111 با استفاده از پرتوهای مولکولی همبافته کشت داده شد و آرایه‌ی کانونی مسطحی از 256 در 256 پیکسل با گام پیکسل-تا-پیکسل 10 میکرون ساخته شد. هر پیکسل شامل یک دیود شاتکی بهینه‌شده برای پس‌نورافشانی است.

یک تراشه‌ی بازخوانی معمولی که بر اساس تقویت‌کننده‌های خازنی و امپدانس انتقالی کار می‌کند، با فن‌آوری 0.35 میکرومتر CMOS ساخته شد. ویفر آلومینیوم گالیم نیتراید و تراشه‌ی بازخوانی به‌وسیله‌ی لحیم ایندیم با گام پیکسل-تا-پیکسل 10 میکرومتر پسا‌پردازی شد که یکنواختی بسیارخوبی هم در پی داشت. آرایه‌ی کانونی مسطح و تراشه‌ی بازخوانی با استفاده از پیوند سریع تراشه‌ای روی هم سوار شدند و سپس بستر سیلیکونی به شکل موضعی برداشته شد تا امکان پس‌نورافشانی لایه‌ی فعال آلومینیوم گالیم نیترید مهیا شود. در نهایت، این عکس‌بردار سیم‌بندی و بسته‌بندی شد. اندازه‌گیری‌ها پاسخ بسیارخوبی را به شکل موج زیر یک نانومتر نشان دادند.

این نتایج با همکاری CRHEA/CNRS (فرانسه) و رصدخانه‌ی سلطنتی بلژیک در چارچوب پروژه‌ی BOLD آژانس فضایی اروپا (ESA) به دست آمدند.

نانولیتوگرافی غوطه‌ور-قلم (DPN) یک روش کاوش پویشی در لیتوگرافی است که در آن، از نوک یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای تحویل مولکول‌ها به یک سطح استفاده می‌شود. این روش امکان ایجاد نگاره‌های سطحی نانوساختار را در مقیاس‌هایی کمتر از صد نانومتر مهیا می‌سازد. DPN مشابه واژگانی «قلم غوطه‌ور» در حوزه‌ی نانوفن‌آوری است، جایی‌که نوک AFM به عنوان یک «قلم» عمل می‌کند که پس از آن درون «جوهر»ی مولکولی غوطه‌ور می‌شود (با ترکیب یا مخلوطی شیمیایی پوشانده می‌شود) و سپس، با در تماس قرار دادن آن با یک بستر، «کاغذ»، برای نوشتن نگاره‌های نانومقیاس استفاده می‌شود. این روش مستقیم-نوشتن، قابلیت‌های نگارش باوضوح‌بالایی را برای شماری از جوهرهای مولکولی و بیومولکولی روی طیف گسترده‌ای از بسترها در پی خواهد داشت، بسترهایی مثل: فلزها، نیمه‌رساناها، و سطوح کارکردگرایانه‌ی تک‌لایه. این روش در حال گسترش و تبدیل شدن به یک روش رایج برای دانشمندان مشتاق به ساخت و مطالعه‌ی مواد سخت و نرم در مقیاس طولی زیر صدنانومتراست.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از نانوورک، تاکنون از DPN برای ساخت قطعات گرافینی استفاده نشده بود، اما، پژوهشگران دانشگاه استنفورد، هم‌اکنون DPN را به‌عنوان جایگزینی برای لیتوگرافی پرتو-الکترونی متداول (EBL) در ساخت چنین قطعه‌هایی تعیین کرده‌اند.

ماریا ونگ (Maria Wang) می‌گوید: «DPN مزایایی نسبت به EBL دارد، از جمله اینکه هیچ‌گونه آسیبی از تشعشعات الکترونی وجود ندارد و به‌علاوه توانایی نگارش نانوساختارها و تصویرسازی آن‌ها را با استفاده از یک سیستم در حال کار در شرایط محدود دارد. ما نشان داده‌ایم که نانولیتوگرافی غوطه‌ور-قلم می‌تواند برای ایجاد قطعه‌های گرافینی با شکل دلخواه در نانوالکترونیک و همچنین شناسایی گام‌های فرآیندی که ممکن است ویژگی‌های الکتریکی آن‌ها را تحت تأثیر قرار دهد، مورد استفاده قرار گیرد.»

ونگ، فارغ‌التحصیل دکترای گروه پژوهشی Zhenan Bao در دانشگاه استنفورد، نخستین نویسنده‌ی مقاله‌ی اخیر در مجله‌ی ACS Nano است (لیتوگرافی غوطه‌ور-قلم اتصالات الکتریکی به تک‌پوسته‌های گرافینی). این پژوهش، با انتشار مطالعه‌هایی که روی ویژگی‌های الکتریکی امیدوارکننده‌ای انجام شده است و قرار دادن آن‌ها در دسترس پژوهشگرانِ بدون سیستم‌های EBL، ابزار ساخت قطعه‌های گرافینی را توسعه داده است.

روش متداول برای ساخت قطعه‌های نانومقیاس به‌منظور کاوش ویژگی‌های منحصربه‌فرد گرافین برای کاربردهای الکترونیکی، لیتوگرافی پرتو-الکترون است. امّا قرار داشتن در معرض تشعشعات الکترونی ممکن است به گرافین آسیب واردکند.

ونگ توضیح می‌دهد: «در مورد گرافین، استفاده از DPN برای تعیین نانوروبان‌ها و سایر نانوساختارهای دلخواه، محدودیت‌هایی را که در اثر استفاده از مقاومت مثبت در EBL به وجود می‌آیند، از بین می‌برد. اهداف مطالعه‌ی ما شامل ارزیابی تبدیل فرآیند DPN از سیستم تک‌بعدی نانولوله‌ی کربنی به سیستم دوبعدی گرافینی و مشخص کردن کارآیی قطعه‌های منتجه بود. شرایط متعادل فرآیندی -نبود تشعشعات الکترونی- و آسانی استفاده و همچنین دردسترس بودن سیستم‌های AFM -در قیاس با EBL- مزیت‌های قابل توجه DPN در راه ساخت قطعات نانو به‌شمار می‌آیند.»

ونگ خاطرنشان می‌کند که ازآنجایی‌که بیشتر این مطالعه با گرافین پوسته‌شده در ارتباط بود، DPN جایگزین دو مرحله‌ی EBL شد: 1) قلم‌زنی این پوسته‌های چندلایه برای جداسازی گرافین تک‌لایه و 2) تعبیه کردن اتصالات الکتریکی.

برای جداسازی گرافین تک‌لایه از چندلایه در پوسته‌های ورقه‌ورقه‌شده، این گروه ابتدا نواحی تک‌لایه را به‌وسیله‌ی نور شناسایی کرد و سپس، تمام پوسته را از راه تبخیر حرارتی با لایه‌ی طلای هنوز-پیوسته‌ای به ضخامت ده نانومتر پوشاند. سپس DPN با یک میانجی به‌عنوان پوشش سطحی (MHA)، طلا را روی گرافین تک‌لایه قرار داد که از آن محافظت می‌کند و باقیمانده‌ی پوسته‌ی گرافینی چندلایه پس از قلم‌زنی طلا در معرض ازبین‌رفتن قرار می‌گیرد. سپس، این چندلایه‌ای‌های با استفاده از پلاسمایی اکسیژنی از بین رفتند که پوشش MHA را هم از بین می‌برد و از این رو، امکان قلم‌زنی مرطوب لایه‌ی طلای باقی‌مانده را هم مهیا می‌کند که در نتیجه‌ی آن، گرافین تک‌لایه‌ی زیرین، آشکار خواهد شد.

در قدم دوم پوشش DPN، اتصالات الکتریکی نانومقیاس باید پوسته‌ی گرافینی تک‌لایه را به الکترودهای بزرگ‌مقیاس تعبیه‌شده وصل کنند. در این بخش، این گروه از فرآیندی استفاده کرد، مشابه آنچه قبلاً برای ساخت قطعه‌ی نانولوله‌ای کربنی گزارش کرده بود. (ساخت موازی آرایه‌های الکترودی روی نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره با استفاده از پوشش‌های قلو‌زنی نانولیتوگرافی غوطه‌ور-قلم).

پژوهشگران دریافتند که مقاومت ورق قطعه‌های گرافینی تولیدشده با DPN مشابه مقدار گزارش‌شده در پژوهش پیشین است. مقاومت اتصال، و شکاف در هنگام قرار دادن طلا، و گام‌های قلم‌زنی برای تعبیه‌ی گرافین تک‌لایه، ممکن است باعث افزایش ملایم مقاومت شوند.

ونگ می‌گوید: «نتایج ما نشان می‌دهند که فرآیند ساخت، می‌تواند موجب شکاف برداشتن برخی از پوسته‌های گرافینی بزرگ‌تر شود که با افزودن لایه‌ی پلیمری محافظ بر روی گرافین، قابل پیشگیری است.»

ونگ اشاره می‌کند که فرآیند DPN مورد استفاده‌ی آن‌ها قابل توسعه به آرایه‌های چندقلمی است. «ساخت موازی قطعه‌های گرافینی تنها با استفاده از DPN به‌طوربالقوه می‌تواند موجب افزایش بازده و کاهش زمان پردازش در مقایسه با ساخت سری با استفاده از EBL باشد. این افزایش در بهره‌وری ساخت می‌تواند پژوهش گرافین را شتاب دهد.»

همچنین، او بیان می‌کند که گرافین ویژگی‌های فیزیکی و الکتریکی جالبی دارد که هنوز کشف نشده‌اند. «چنین مطالعات بنیادی‌ای به نمونه‌های گرافین طبیعی و دست‌نخورده نیاز دارد؛ بنابراین، آلودگی سطح ناشی از گام‌های فرآیند DPN و همچنین هنگام استفاده از EBL (که در برخی گزارش‌های پیشین ارائه شده است)، ممکن است مانع اندازه‌گیری ویژگی‌های ذاتی ماده شود. پژوهش‌های آینده باید به‌سمت ارزیابی اثر چنین آلودگی‌هایی روی ویژگی‌های اندازه‌گیری‌شده هدایت شوند.»

آیا میکروتراشه‌ها انرژی مورد نیاز خود را بدون وابستگی به باتری یا شبکه‌ی برق از محیط اطرافشان مهار می‌کنند؟ این امر با کاری که پژوهشگران هلندی مؤسسه‌ی نانوفن‌آوری MESA+ از دانشگاه توئنت (Twente) به همراه همکارانی از دانشگاه‌های نانکای (چین) و اوترخت (Utrecht) انجام داده‌اند، هم‌اکنون میسر شده است. آن‌ها برای نخستین بار موفق به ساخت میکروتراشه‌ای با سلول خورشیدی کارآمدی شده‌اند که این سلول بر روی مدارهای میکروالکترونیک قرار داده شده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، این پژوهشگران یافته‌های خود را در انجمن بین‌المللی ادوات الکترونی ارائه دادند که پنجم تا هشتم دسامبر در سان‌فرانسیسکو برگزار شد.

جایگذاری مستقیم سلول خورشیدی بر روی مدارهای الکترونیکی به این معنی است که تراشه‌ی خودگردان، نیازی به باتری ندارد. به‌عنوان مثال، با این روش می‌توان یک تراشه‌ی حسگر را به شکل کاملی با میزان هوشمندی لازم و حتی آنتنی برای ارتباطات بی‌سیم ساخت. با این حال، به گفته‌ی پژوهشگران، مصرف انرژی تراشه باید از یک میلی‌وات کمتر باشد. در این صورت، این تراشه می‌تواند انرژی مورد نیاز خود برای مصرف داخلی را تأمین کند.

ساده‌ترین راه‌حلی که به نظر می‌رسد این است که سلول خورشیدی به شکل جداگانه ساخته شود و سپس بر روی مدارهای الکترونیکی گنجانده شود؛ امّا این راه، کارآمدترین فرآیند ساخت نیست. بنابراین در عوض این کار، پژوهشگران از تراشه به‌عنوان زیربنا استفاده کرده‌اند و سلول سوختی را لایه به لایه به آن اعمال کرده‌اند. این روش، مواد کمتری لازم دارد و همچنین در نهایت کارکرد بهتری دارد. امّا این ترکیب هم عاری از مشکل نیست: در این حالت این خطر وجود دارد که گام‌های ساخت سلول سوختی، به بخش الکترونیکی آسیب وارد کنند که درنتیجه‌ی این آسیب، از کارآیی آن کاسته خواهد شد.

به‌همین خاطر، پژوهشگران تصمیم گرفتند که از سلول‌های خورشیدی ساخته‌شده از سیلیکون غیربلوری یا CIGS (مس-ایندیم-گالیم-سلنیم) استفاده کنند. روند ساخت این سلول‌ها بخش الکترونیکی را مورد تأثیر قرار نمی‌دهد و همچنین، این نوع از سلول‌های خورشیدی توان کافی را حتی در نور کم تولید می‌کنند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که بخش الکترونیکی و سلول‌های خورشیدی به‌درستی کار می‌کنند و فرآیند ساخت هم برای تولیدهای انبوه صنعتی با استفاده از فرآیند استاندارد، کاملاً مناسب است.

این پژوهش در گروه ادوات نیمه‌هادی انجام شده است که به‌وسیله‌ی پروفسور جوریان اشمیتز (Jurriaan Schmitz) رهبری می‌شود. این پژوهشگران با همکارانی از دانشگاه نانکای در تیانجین در کشور چین و مؤسسه‌ی دِب‌یه از دانشگاه اوترخت فعالیت داشته‌اند. این پژوهش با پشتیبانی بنیاد فن‌آوری STW انجام شد.

در طول دهه‌های آخر قرن بیستم، کوچک‌تر کردن اندازه‌ی ترانزیستورها، تولید تراشه‌های سیلیکونی سریع‌تر و ارزان‌تر را به پیش برده است. امّا اخیراً، این کوچک‌کردن با مشارکت شمار زیادی از مواد عجیب‌وغریب همراه شده است.

بزرگ‌ترین تغییر می‌تواند افزوده‌شدن III-Vها باشد که مواد مرکبی متشکل از ترکیب عنصرهای سوم جدول تناوبی مانند ایندیم و گالیم با عنصرهای گروه پنجم مانند فسفر و آرسنیک هستند. از دهه‌ی شصت میلادی سازنده‌های ترانزیستور به چنین موادی علاقه پیدا کرده‌اند، زیرا این مواد الکترون‌های درحال‌گردش را سریع‌تر از سیلیکون به حرکت در می‌آورند. در دهه‌ی گذشته، پژوهشگران گام‌هایی را به سوی استفاده از سیلیکون و III-Vها برای ایجاد مدارهای مرکب برداشته‌اند. با این حال، هیچ‌کس تاکنون ترانزیستورهای III-V را روی ویفرهای بزرگ نساخته است که کارخانه‌های ریخته‌گری سیلیکون بتوانند با ابزارهای به‌روز خود آن‌ها را در قطعه‌های کوچک به کار بندند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، سِماتِک (Sematech)، کنسرسیومی غیرانتفاعی از سازنده‌های بزرگ نیمه‌هادی و تجهیزات ساخت تراشه، که پژوهش‌های پایه‌ای را بر روی ساخت تراشه انجام می‌دهد، این مسأله را با تولید ترانزیستورهای ایندیم‌گالیم‌آرسناید بر روی ویفرهای سیلیکونی دویست ‌میلی‌متری مورد توجه قرار داده ‌است. ریچارد هیل (Richard Hill)، از مهندسان سیماتک، جزئیات این فعالیت را هفته‌ی پیش در انجمن بین‌المللی قطعه‌های الکترونی IEEE در سان‌فرانسیسکو ارائه داد.

مهندسان آشنا با این کار می‌گویند، این ترانزیستورها ویژگی‌های بسیار دلگرم‌کننده‌ای را از خود نشان می‌دهند. استفاده‌ی مرکز سیماتک از دستگاه‌های ریخته‌گری واقعی برای تولید ترانزیستورها، موجب بهبود یکریختی این قطعه‌ها شد، و نوسان در ولتاژ را قطع کرد که این امر برای رساندن سطح ترانزیستورهای III-V به سطح مشابه در قطعه‌های سیلیکونی، امری لازم است. به‌علاوه الکترون‌ها در ترانزیستورهای سیماتک، چهار برابر سریع‌تر از قطعه‌های سیلیکونی با اندازه‌ی مشابه حرکت می‌کنند.

پیده یه (Peide Ye)، کارشناس ترانزیستورهای گالیم‌آرسناید از دانشگاه پوردو (Purdue)، به دلیل مشاهده‌ی پیشرفت سکوی ساخت این‌گونه ترانزیستورها از بسترهای گران‌قیمتIII-V به بسترهای بزرگ‌تر و ارزان‌قیمت‌تر سیلیکون ابراز خرسندی می‌کند. او می‌گوید: «این کار، به ما امید بیشتری می‌دهد که قرارگیری III-Vها در سیلیکون عملی شود.»

تضمین موفقیت در به‌کارگیری نمونه‌هایی آزمایشی از تولید ترانزیستور III-V بر روی ابزار پیشرفته‌ی پردازش سیلیکونی، بسیار مشکل است. همیشه خطر آلوده کردن تجهیزات با مقادیر میکروسکوپیکی از مواد III-V وجود دارد، که برای مدتی آن‌جا می‌مانند و سپس راه خود را به درون قطعه‌های سیلیکونی پیدا می‌کنند، که در این‌جا می‌توانند باعث به خطر انداختن قابلیت‍‌اطمینان و تغییر ویژگی‌های الکتریکی شوند. پاک‌سازی چنین آلودگی‌هایی به معنای صرف میلیون‌ها دلار در تولید ازدست‌رفته است.

به‌منظور کاهش احتمال آلایندگی، هیل و همکارانش فرایندهای پردازش را برای کاهش خطرها اصلاح کردند و از روش‌هایی مثل فلورسانس اشعه‌ی ایکسِ با انعکاس کامل به‌منظور بررسی موشکافانه‌ی تمیزی ابزارها استفاده کردند.

این نمونه‌های آزمایشی نشان می‌دهند که کارخانه‌های ریخته‌گری سیلیکون می‌توانند ترانزیستورهای III-V را بدون آلودگی دستگاه‌هایشان بسازند. هیل می‌گوید: «امّا برای گفتن این حرف با اطمینان صددرصد، به ثبت اطلاعات خیلی بیشتری نیاز است.»

با وجود اینکه این اخبار، امیدوارکننده هستند، امّا پیش از تولید تجاری ترکیبات III-V روی سیلیکون و ارائه‌ی آن به بازار، کارهای بسیار بیشتری باید انجام شود. در حال حاضر، چنین تراتزیستورهایی دارای نقص‌های ساختاری بسیاری هستند، که این مشکل از تفاوت قابل‌توجهی ناشی می‌شود که در فاصله‌گذاری اتم‌ها بین لایه‌ی ایندیم گالیم آرسناید و بستر سیلیکونی زیر آن وجود دارد. درصورتی‌که این مشکل سازگاری کریستالی به‌صورت بررسی‌نشده رها شود، ایندیم گالیم آرسناید به‌قدری ناقص خواهد بود که به‌هیچ‌عنوان کار نخواهد کرد. به‌عنوان یک راه‌حل، مهندسان سیماتک ماده‌ای میانگیر (بافر) را بین این لایه‌ها تزریق کردند. با تغییر ترکیب ماده، آن‌ها می‌توانند فاصله‌گذاری اتمی میانگیر را برای ایجاد پیوستگی شکاف بین سیلیکون و ایندیم گالیم آرسناید تنظیم کنند.

هرچند این روش جواب داد، امّا میانگیرِ با ضخامتِ دو میکرومتری باید به اندازه‌ای نازک شود که در قطعه‌های تجاری از یک‌چهارم آن ضخامت بزرگ‌تر نباشد. و با این حال، باز هم نقص‌های زیادی به وجود آمدند. این‌ها باید از میلیاردها مورد در هر سانتی‌مترمربع به چندصدهزار کاهش یابند تا از ترانزیستورها در برابر جریان نشتی در زمان خاموش بودن محافظت شود.

به‌منظور ایجاد جانشینی برای CMOS سیلیکونی، مهندسان باید طول گیت ترانزیستورها را نیز-که همان فاصله‌ی بین سورس و درین است- از نیم میکرومتر به چیزی حدود ده نانومتر کاهش دهند. همچنین، آن‌ها باید ترانزیستوری III-V را ارائه دهند که از حفره‌ها -بارهای مثبت خنثی‌کننده‌ی الکترون- به‌جای الکترون‌ها به‌عنوان ناقل بار استفاده می‌کنند. ژرمانیم رقیب اصلی برای ساخت این نوع قطعه است، امّا به گفته‌ی هیل، آنتیموان «راه‌حل III-Vی کاملی» را ارائه میدهد.

تمام این تلاش‌ها بیهوده خواهند بود مگر اینکه همراه با توسعه‌ی ابزار ساخت و فرایندها باشند. هیل می‌گوید: «اگر شما زمان‌های صرف شده روی این پروژه را به عقب بازگردید، واقعاً برنامه‌ی زمانی فشرده‌ای را برای معرفی III-Vها ملاحظه خواهید کرد. سفارش ابزارها، نصب آن‌ها، و راه‌اندازی تولید، دو سال دیگر زمان خواهد برد؛ بنابراین توسعه‌ی زیرساخت باید از هم‌اکنون آغاز شود تا به برنامه‌ی زمانی پیش‌بینی شده دست پیدا کنیم.»

دانشمندان IBM فن‏آوری تراشه‌ای جدیدی را ابداع کرده‌اند که قطعه‌های الکترونیکی و نوری را بر روی تکه‌ی یکسانی از سیلیکون به صورت مجتمع در می‌آورد و به تراشه‌های رایانه‌ای این امکان را می‌دهد که با استفاده از پالس‌های نور (به جای سیگنال‌های الکتریکی) بتوانند با این تراشه ارتباط برقرار کنند که نتیجه‌ی آن تراشه‌هایی کوچک‌تر، سریع‌تر و با بهره‌وری توان بیشتر از فن‏آوری‌های مرسوم است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، فن‏آوری جدید که نانوفوتونیک سیلیکونی مجتمع CMOS نامیده می‌شود، نتیجه‌ی یک دهه توسعه در آزمایشگاه تحقیقات جهانی IBM است. این فن‏آوری ثبت‌شده راه ارتباط تراشه‌های رایانه‌ای را -به وسیله‌ی مجتمع‌سازی قطعه‌های نوری و قرار دادن مستقیم آن بر روی یک تراشه‌ی سیلیکون- تغییر و بهبود می‌دهد و در تراکم مجتمع‌سازی بیش از ده مرتبه نسبت به اندازه‌ی ممکن با روش‌های ساخت رایج، بهبود خواهد داشت.

IBM پیش‌بینی کرده است که نانوفوتونیک سیلیکونی به شکل چشمگیری سرعت و کارآیی بین تراشه‌ها را افزایش دهد و به‌علاوه، هدف این شرکت را در دستیابی به برنامه‌‌ی محاسبات اگزامقیاس برآورده کند؛ هدفی که به سوی توسعه‌ی اَبَررایانه‌ای حرکت می‌کند که بتواند یک میلیون تریلیون محاسبه -یا یک اگزافلاپ- را ظرف یک ثانیه انجام دهد. یک اَبَررایانه‌ی اگزامقیاس به‌تقریب هزار مرتبه سریع‌تر از سریع‌ترین دستگاه امروزی است.

دکتر تی. سی. چن، نایب رئیس بخش علم و فن‌آوری مرکز تحقیقات IBM، می‌گوید: «توسعه‌ی فن‏آوری نانوفوتونیک سیلیکونی، تصور ارتباطات نوری درون‌تراشه‌ای را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند. با استفاده از ارتباطات نوری، که در درون تراشه‌های پردازنده جاسازی شده‌اند، دورنمای ساخت سیستم‌های رایانه‌ای با بهره‌وری توان کافی و با کارآیی در سطح اگزافلاپ، یک گام به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود.»

علاوه بر ترکیب قطعه‌های الکتریکی و نوری روی یک تراشه، فن‏آوری جدید IBM می‌تواند بر اساس به‌روزترین خط تولید استانداردی از CMOS ساخته شود و به هیچ ابزار جدید و ویژه‌ای نیاز ندارد. با این رویکرد، ترانزیستورهای سیلیکونی می‌توانند لایه‌ی سیلیکونی یکسانی را با دستگاه‌های نانوفوتونیک سیلیکونی به اشتراک بگذارند. برای ممکن ساختن این رویکرد، پژوهشگران IBM مجموعه‌ای از قطعه‌های نانوفوتونیک سیلیکونی فعال وغیرفعال فرافشرده‌ی مجتمع را توسعه داده‌اند که همگی تا حد تجزیه -کمترین اندازه‌ی ممکن که دی‌الکتریک‌های نوری می‌توانند داشته باشند- تغییر مقیاس داده شده‌اند.

دکتر یوری ای. والسو (Yurii A. Valsov)، مدیر بخش نانوفوتونیک سیلیکونی در مرکز تحقیقات IBM، می‌گوید: «اکتشاف نانوفوتونیک مجتمع CMOS ما در کارکرد و کارآیی تراشه‌ی سیلیکونی ارتقای بی‌سابقه‌ای را نوید می‌دهد، با استفاده از ارتباطات نوری کم‌توان که همه‌جا بین ردیف‌ها، ماژول‌ها، و تراشه‌ها و حتی در یک تراشه‌ی تنها قابل دسترسی است. گام بعدی در این پیشرفت، فراهم کردن امکان ساخت این فرآیند در کارخانه‌های تجاری با استفاده از فرآیندهای CMOS مقیاس عمیق IBM است.»

با افزودن تنها چند ماژول پردازشی بیشتر به روند استانداردی از ساخت CMOS، این فن‏آوری این امکان را می‌دهد که تعداد زیادی از اجزای نانوفوتونیک سیلیکونی مثل: مدولاتورها، آشکارسازهای نوری ژرمانیم، و مالتی‌پلکسرهای فرافشرده، با مدارهای دیجیتال و آنالوگ با کارآیی بالای CMOS مجتمع‌سازی شوند. در نتیجه، فرستنده-گیرنده‌های تک‌تراشه‌ای مخابرات نوری اکنون می‌توانند در یک کارخانه‌‌ی استاندارد CMOS ساخته شوند، به جای اینکه از چندین جزء مختلف اسمبل شوند که هر جزء با فن‏آوری پرهزینه‌ی نیمه‌هادی‌های مرکب ساخته شده است.

تراکم مجتمع‌سازی الکتریکی و نوری نشان‌داده‌شده توسط فن‏آوری جدید IBM، بی‌سابقه است. یک کانال فرستنده-گیرنده‌ی تنها با تمام مدارهای الکترونیکی و نوری همراه آن فقط نیم میلی‌مترمربع فضا اشغال می‌کند که ده مرتبه از موارد اعلام‌شده‌ی قبلی توسط سایرین کمتر است. این فن‏آوری توانایی ساخت فرستنده-گیرنده‌های تک‌تراشه‌ای را با مساحتی به کوچکی 4x4 میلی‌مترمربع دارد که می‌تواند بیش از چند ترابیت بر ثانیه را دریافت و ارسال کند که به معنی چند تریلیون بیت بر ثانیه است.

اطلاعات اضافی:

جزئیات و نتایج این فعالیت تحقیقاتی در ارائه‌ای توسط دکتر یوری والسو در کنفرانس بین‌المللی معتبر صنعت نیمه‌هادی، SEMICON، گزارش خواهد شد که در توکیو در تاریخ اول دسامبر 2010 برگزار می‌شود.

پژوهشگران دانشگاه روهر بوخوم (Ruhr-Universitat Bochum)، دانشگاه کریستین آلبرختز کیل (Christian-Albrechts-Universitat zu Kiel) و سانتا باربارا موفق شدند به اولین پیشرفت بزرگ تجربی در فیزیک کوانتوم نایل شوند. مطالعات آن‌ها درباره‌ی «رفتار جفت‌شدگی» الکترون‌ها برای اولین بار وجود جفت الکترون‌هایی به نام جفت‌های کوپر را با جهت چرخش موازی به اثبات رسانده است. جفت‌های کوپر موجب ابررسانایی می‌شوند؛ حالت ویژه‌ای از ماده که در آن مقاومت الکتریکی از بین می‌رود. تاکنون وجود جفت‌های کوپر سه‌گانه تنها به صورت نظری پیش‌بینی شده بود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، نتایج به دست آمده توسط این گروه که پروفسور کرت وسترهولت (Kurt Westerholt) و پروفسور هارتموت زابل (Hartmut Zabel) از بخش فیزیک و نجوم دانشگاه روهر بوخوم سرپرستی آن را به عهده داشتند، می‌تواند در آینده موجب ساخت قطعه‌های جدید با قابلیت صرفه‌جویی انرژی شود. این پژوهشگران یافته‌های خود را در The Physical Review B، مجله‌ی شناخته‌شده‌ی انجمن فیزیک آمریکا، منتشر کردند.

اگر حذف مقاومت الکتریکی امکان‌پذیر باشد، ما می‌توانیم به طور چشم‌گیری هزینه‌ی برق مصرفی خود را کاهش دهیم و کمک بزرگی به حل مشکل انرژی کنیم؛ البته اگر مشکلات دیگری وجود نداشته باشند. بسیاری از فلزات و نیز اکسیدها حالت ابررسانایی از خود نشان می‌دهند، هرچند فقط در دماهای پایین. اثر ابررسانایی از جفت‌های کوپری ناشی می‌شود که در طول فلزِ بدون مقاومت با یکدیگر حرکت می‌کنند. الکترون‌ها هر کدام در یک جفت کوپر آرایش می‌یابند، بنابراین تکانه‌ی زاویه‌ای ترکیبی آن‌ها صفر می‌شود. هر الکترون یک تکانه‌ی زاویه‌ای دارد که اسپین نامیده می‌شود و مقدار آن یک دوم است. زمانی که یک الکترون، خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت می‌چرخد (منفی یک دوم) و الکترون دیگر در جهت حرکت عقربه‌های ساعت (مثبت یک دوم)، مقدار اسپین مجموع این دو الکترون صفر است. این اثر که تنها در ابررساناها یافت می‌شود، حالت یگانه نام دارد.

اگر یک ابررسانا با یک ماده‌ی فرومغناطیس تماس داده شود، جفت‌های کوپر در امتداد کوتاه‌ترین مسیر بین ابررسانا و ماده‌ی فرومغناطیس شکسته می‌شوند و ابررسانا به یک رسانای معمولی تبدیل می‌شود. جفت‌های کوپر در یک ماده‌ی فرومغناطیس نمی‌توانند در حالت یگانه وجود داشته باشند. اما، پژوهش‌های انجام‌شده در دانشگاه روهر بوخوم (پروفسور کنستانتین افتوف، فیزیک حالت جامد) از میان سایر پژوهش‌ها، به صورت نظری وجود نوع جدیدی از جفت‌های کوپر را پیش‌بینی کرده‌اند که شانس بیشتری را برای بقا در مواد فرومغناطیس دارند. در این جفت‌های کوپر، اسپین الکترون‌ها با یکدیگر موازی است، بنابراین الکترون‌ها اسپین محدودی با مقدار یک دارند. چون این تکانه‌ی زاویه‌ای می‌تواند در فضا سه جهت‌گیری مختلف داشته باشد، به آن حالت سه‌گانه نیز گفته می‌شود. پروفسور کرت وسترهولت شرح داد: «بدیهی است که تنها یک بخش کوچک و معینی از جفت‌های کوپر می‌تواند در حالت سه‌گانه وجود داشته باشد که سپس به سرعت به حالت یگانه بازمی‌گردد. چالش بر سر بررسی صحت و سقم وجود این جفت‌های کوپر سه‌گانه به صورت تجربی بود.»

ابررساناها امکان تولید آشکارسازهای بسیار حساس میدان مغناطیسی را فراهم می‌کنند به طوری که می‌توان میدان‌های مغناطیسی ناشی از امواج مغز را نیز تشخیص داد. این آشکارسازها که SQUID (ابزار تداخل کوانتومی ابررسانا) نامیده می‌شوند، قطعاتی هستند که از ویژگی‌های کوانتومی ابررسانایی استفاده می‌کنند. شاخصه‌ی اصلی در این قطعات شامل موانع تونلی با یک سری از لایه‌های ساخته‌شده از ابررسانا، عایق و یک ابررسانای دیگر می‌شود. مکانیک کوانتومی امکان «تونلی شدن» جفت کوپر را در طول لایه‌ی بسیار نازک عایق فراهم می‌کند. تونلی شدن تعداد زیادی از جفت‌های کوپر منجر به جریان تونلی می‌شود. پروفسور هرمان کولستد (Hermann Kohlstedt) از دانشگاه آلبرختز کیل گفت: «مانع به طور طبیعی نمی‌تواند خیلی ضخیم باشد، در غیر این صورت جریان تونلی فروکش می‌کرد. ضخامت یک تا دو نانومتر ایده‌آل است.»

اگر قسمتی از مانعِ تونلی با یک لایه‌ی فرومغناطیس جایگزین شود، جفت‌های کوپر شکسته می‌شوند در حالی که هنوز درون مانع هستند و به ابررسانای در طرف دیگر نرسیده‌اند. جریان تونلی به شدت کاهش می‌یابد. دیرک اسپرانگمن (Dirk Sprungmann) که به عنوان دانشجوی دکترا در این پژوهش حضور داشت، گفت: «جفت‌های کوپر سه‌گانه بسیار بهتر می‌توانند در طول مانع فرومغناطیسی تونلی شوند.» اگر بتوانیم بخشی از جفت‌های کوپر یگانه را به جفت‌های کوپر سه‌گانه تبدیل کنیم، جریان تونلی به طور قابل ملاحظه‌ای قوی‌تر خواهد بود و توانایی عبور از لایه‌ی فرومغناطیسی ضخیم‌تر را خواهد داشت. این موضوع دقیقاً همان چیزی است که فیزیکدانان در بوخوم و کیل آن را آزمایش کردند. آن‌ها اجازه دادند که جفت‌های کوپر در طول موانع فرومغناطیسی با ضخامت تا 10 نانومتر حرکت کنند. با این تلاش، فیزیکدان‌ها به موفقیت مضاعفی دست یافتند. از یک طرف آن‌ها توانستند به‌طور تجربی وجود جفت‌های کوپر سه‌گانه را اثبات کنند و از طرف دیگر نشان دادند که جریان تونلی، بزرگ‌تر از جفت‌های کوپر یگانه در تماس‌های تونلی عادی است. دکتر مارتین ویدز (Martin Weides) از سانتا باربارا گفت: «این موانع جدید تونلی فرومغناطیسی احتمالاً بتوانند برای ساخت قطعات جدید به کار روند.» با این یافته‌ها دانشمندان، علاوه بر سایر چیزها، یافته‌های نظری پژوهشگران نروژی را نیز ثابت کردند که چند هفته‌ی پیش منتشر شده بود.

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه کنید.

پروژه‌ی پنج‌ساله‌ای که توسط مؤسسه‌ی فن‌آوری جئورجیا هدایت می‌شد، رویکرد جدیدی را در الکترونیک فضایی ابداع کرده است که می‌تواند نحوه‌ی طراحی وسایل نقلیه و ابزارهای فضایی را تغییر دهد. این قابلیت‌های جدید بر پایه‌ی فن‌آوری سیلیکون-ژرمانیم (SiGe) هستند که می‌تواند شاخه‌ای از الکترونیک را ایجاد کند که در برابر تغییرات دما و تشعشعات فضایی به شدت مقاوم باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، این پروژه‌ی 63 ماهه با 12 میلیون دلار هزینه و با نام «الکترونیک مجتمع سیلیکون-ژرمانیم برای محیط‌های بی‌نهایت» توسط سازمان مدیریت فضایی و هوانوردی ملّی (ناسا) حمایت مالی شده است. علاوه بر جئورجیا تک، گروه 11 نفره‌ای شامل پژوهشگران علمی از دانشگاه آرکانساس، دانشگاه آبورن، دانشگاه ماری‌لند، دانشگاه تنّیسی و دانشگاه وَندربیلت در این پروژه فعالیت کردند.

جان کرسلر (John Cressler)، استاد دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر جئورجیا تک، می‌گوید: «وظیفه‌ی کلّی گروه، توسعه‌ی راه‌حل پیوسته‌ای برای ناسا بود -زیربنایی آزمایش‌شده که شامل تمامی موارد لازم برای طراحی و ساخت الکترونیک محیط‌های بی‌نهایت برای مأموریت‌های فضایی باشد.» کرسلر به‌عنوان پژوهشگر اصلی و رهبر کلی گروه در پروژه فعالیت می‌کرد.

آلیاژهای SiGe سیلیکون را، که متداول‌ترین ماده در میکروتراشه‌ها است، به‌همراه ژرمانیم در مقیاس نانو ترکیب می‌کنند. نتیجه‌ی این ترکیب، ماده‌ای مقاوم است که برتری‌هایی را از نظر سختی، سرعت، و انعطاف پذیری از خود نشان می‌دهد.

این میزان مقاومت، در توانایی سیلیکون-ژرمانیم برای کار در فضا بدون استفاده از محافظ‌های حجیم ضدتشعشع و یا وسایل بسیار بزرگ و توان‌خور کنترل دما بسیار تعیین‌کننده است. در مقایسه با رویکردهای متداول، الکترونیک مبتنی بر SiGe می‌تواند کاهش چشمگیری را در وزن، اندازه، پیچیدگی، توان، و هزینه و همچنین افزایش قابلیت اطمینان و سازگاری ایجاد کند.

کرسلر همچنین می‌گوید: «گروه ما فن‌آوری بلوغ‌یافته‌ای از سیلیکون-ژرمانیم را به‌کار برد -فن‌آوری 0.5میکرونی SiGeی شرکت IBM- که برای تحمل شرایط فضای ژرف درنظرگرفته نشده بود.» او اضافه کرد: «بدون تغییر ترکیب ترانزیستورهای سیلیکون-ژرمانیم اصلی، ما مزایای طبیعی سیلیکون-ژرمانیم را به‌کار بردیم تا طراحی مدارهای جدیدی را -در کنار روش‌های جدیدی برای بسته‌بندی مدارهای نهایی- توسعه دهیم و سیستمی الکترونیکی تولید کنیم که بتواند با قابلیت اطمینان بالا شرایط بی‌نهایت فضا را تحمل کند.»

در پایان پروژه، پژوهشگران سری کاملی از ابزارهای مدل‌سازی، طراحی‌های مدار، فن‌آوری‌های بسته‌بندی، و طراحی‌های سیستم/زیرسیستم‌ را، به‌علاوه‌ی دستورات راهنمایی برای استفاده از این ابزارها در فضا، به ناسا ارائه دادند. علاوه بر این، این گروه نمونه‌ی اولیه‌ای را به ناسا ارائه داد که واسط سنسور واحد الکترونیک از راه دور (REU) سیلیکون-ژرمانیم 16کاناله‌ی چندمنظوره نامیده می‌شود. این دستگاه با استفاده از میکروتراشه‌های سیلیکون-ژرمانیم ساخته شد و با موفقیت در محیط‌های شبیه‌سازی‌شده‌ی فضا آزمایش شده است.

آندرو اس کیز (Andrew S. Keys)، کارشناس مرکز پرواز فضایی مارشل و مدیر برنامه‌ی ناسا، توضیح داد که در بهترین حالت، اغلب الکترونیک بیشتر با شاخصه‌های نظامی مطابقت می‌کنند، به این معنی که آن‌ها در گستره‌ی دمایی منفی 55 درجه‌ی سلسیوس تا مثبت 125درجه‌ی سلسیوس فعالیت می‌کنند. امّا الکترونیک در فضای ژرف، به طور کلی در گستره‌های دمایی بسیار بیشتری، تا مرز آسیب‌دیدگی تشعشعی، پیش می‌رود. دمای سطح کره‌ی ماه بین مثبت 120 درجه‌ی سلسیوس در طول روز قمری و منفی 180درجه‌ی سلسیوس در طول شب تغییر می‌کند.

الکترونیک سیلیکون-ژرمانیم که توسط گروه محیط‌های بی‌نهایت توسعه داده شده است، برای کارکرد قابل‌اطمینان در گستره‌ی دمایی مثبت 120 درجه‌ی سلسیوس تا منفی 180درجه‌ی سلسیوس نشان داده شده است. همچنین، این الکترونیک دوام یا مصونیت بسیار بالایی به انواع مختلف تشعشعات دارد.

کیز توضیح داد، رویکرد رایج برای حفاظت از الکترونیک فضایی که در دهه‌ی 1960 ابداع شده است، بسته‌های فلزی حجیم را به کار می‌گیرد که از دستگاه‌ها در مقابل تشعشعات و دماهای بسیار زیاد محافظت می‌کنند. طراحان باید عمده‌ی فعالیت الکترونیکی خود را در یک مکان مرکزی حفاظت‌شده و دارای کنترل دما قرار دهند و سپس آن‌ها را از طریق کابل‌های بلند و سنگین به حسگرها و سایر دستگاه‌های خارجی متصل کنند.

فن‌آوری سیلیکون-ژرمانیم با برطرف کردن نیاز به محافظت و کابل‌های مخصوص، به کاهش بزرگترین و تنها مشکل در عملیات فضایی، یعنی وزن، کمک شایانی می‌کند. به‌علاوه، مدارهای مقاوم SiGe می‌توانند در هر جایی که طراح صلاح بداند قرار داده شوند که این مسأله به برطرف کردن خطاهای اطلاعات کمک به‌سزایی می‌کند؛ خطاهایی که به علت تغییرات امپدانس در طرح‌های با سیم‌بندی طولانی ایجاد می‌شود.

به گفته‌ی کرسلر، سایر شرکت‌های مربوط به فضا هم در حال دنبال کردن فن‌آوری سیلیکون-ژرمانیم هستند. او همچنین توضیح می‌دهد که ناسا می‌خواهد موانع مالکیت فکری این فن‌آوری، تا حد امکان، پایین باشد تا این فن‌آوری بتواند به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.

او گفت: «ایده این است که این زیرساخت در دسترس تمام گروه‌های علاقمند قرار گیرد. از این راه، این روش می‌تواند برای هر نوع اسمبل الکترونیکی به کار رود -یک وسیله، یک سفینه‌ی فضایی، یک سکوی سیار، کاربردهای سطح کره‌ی ماه، مأموریت‌های تیتان- و در هر جایی می‌تواند مفید باشد. در واقع، فرایند تعریف چنین نقشه‌ی راهی از سوی ناسا در حال حاضر در حال پیشرفت است.

پژوهشگران سال‌ها در تلاش بوده‌اند تا مدارهایی را بر روی سیلیکون کشت دهند که از نیمه‌هادی‌های مرکب ساخته شده‌اند. این مدارها به خاطر فرکانس بالا و خاصیت ساطع‌کنندگی نور خود شناخته‌شده اند، اما در ساخت آن‌ها موفقیت چندانی به دست نیامده است. شیوه‌های به‌کاررفته پیچیده بودند و اغلب منجر به خطا می‌شدند. حتی در بهترین شرایط ممکن، ترانزیستورهای منتجه، جایی‌که دو نوع ماده به هم متصل می‌شوند، با کمبود جریان در نقاط اتصال روبرو می‌شوند که این مسأله کارایی ترانزیستور را کاهش می‌دهد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، گروهی از پژوهشگران در ایالات متحده و تایوان، اخیراً در مجله‌ی Nature گزارش کردند که موفق به کشف راه ساده‌ای برای مجتمع‌سازی نیمه‌هادی‌های مرکب و سیلیکون بدون معایب نام‌برده‌ شده‌اند.

این گروه با استفاده از فرآیند چاپ برداشتن-چسباندن ترانزیستورهایی را در مقیاس نانومتر و با کارآیی بالا ساخته‌اند که نانوروبان‌های ایندیم آرسناید را به روشی روی بستر سیلیکون-سیلیکون دی‌اکسید قرار می‌دهند که حداکثر بازده و قابلیت ممکن را داشته باشند. هرچند که خود این شیوه جدید نیست، با این حال این اولین باری است که برای عملیات چاپ با ضریب اطمینان بالای ادوات نیمه‌هادی‌ مرکب بر روی سیلیکون در مقیاس نانومتر به کار می‌رود.

پژوهشگران فعالیت خود را با کشت لایه‌ی ضخیمی 18نانومتری از ایندیم‌آرسناید روی بستری آغاز کردند که این بستر شامل یک لایه آلومینیم گالیم آنتیموناید بر روی لایه‌ای از گالیم آنتیموناید است. این باریک بودن بسیار مهم است، این را جان راجرز (John Rogers)، دانشمند مواد دانشگاه ایلینویز بیان می‌کند که شیوه‌ی چاپ انتقالی را توسعه داده است، امّا در پژوهش گزارش‌شده مشارکتی نداشته است. الکترون‌ها در نیمه‌هادی‌هایی که ضخامت کمتر از 50 نانومتر دارند مثل این رفتار می‌کنند که گویی در حال حرکت از میان یک شئ دو بعدی هستند نه سه بعدی و این مسأله ترانزیستورهای کارآتری را ایجاد می‌کند.

سپس، این گروه که توسط علی جاوی، دانشمند ایرانی مواد در دانشگاه کالیفرنیا برکلی هدایت می‌شود، برای حک کردن ورق بر روی روبان‌های با پهنای 300 نانومتر از روش فوتولیتوگرافی استفاده کرد. پس از آن، آن‌ها لایه‌ی آلومینیوم گالیم آنتیموناید را توسط مواد شیمیایی جدا کردند، تا روبان‌های چسبانده‌شده به بستر با کمترین میزان ماده‌ی چسبنده به بستر متصل باشند. عمل مکش توسط کلیشه‌ی لاستیکی مخصوصی انجام می‌شود که روبان‌ها را از بستر جدا می‌کند و سپس روبان‌ها روی ویفری سیلیکونی قرار داده می‌شوند.

با استفاده از فرآیندی مشابه، پژوهشگران قادر بودند که آرایه‌ای 48 نانومتری از روبان‌ها را به شکل عمودی به آرایه‌ی اول اضافه کنند. با پایین قرار دادن اتصالات نیکل و قرار دادن نانوروبان‌ها بر روی آن‌ها، ترانزیستورهای آماده به کاری را شکل می‌دهند.

همچنین، این گروه مشکل دیگری را حل کرد که پژوهشگران را آزار می‌داد و واسطه‌های اتمی ناسازگار بین ایندیم آرسناید و سیلیکون دی‌اکسید نام داشت. آن‌ها به سادگی ایندیم آرسناید را گرم کردند که این کار مقدار دقیقی از نیمه‌هادی را به لایه‌ی غلیظی از ایندیم آرسنیک اکسید می‌فرستاد، که تعداد کمی از پیوندهای معلق را داشت. این پیوندها باعث کمبود جریان در نقاط به هم رسیدن آن‌ها می‌شوند.

راجرز می‌گوید که آن‌ها چیزی را به معرض نمایش گذاشته‌اند که «به عنوان روشی مطمئن در تولید قطعات منطقی با کارآیی بالای سیلیکون در ضخامتی بی‌نظیر به نظر می‌رسد.»

نور خورشید پاک‌ترین، تازه‌ترین، فراوان‌ترین و پیوسته‌ترین منبع بین تمام منابع انرژی است و متأسفانه قابلیت‌های آن هنوز هم به شکل درست مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. قیمت بالا به مانعی بزرگ برای استفاده از قابلیت‌های مقیاس‌بزرگ سلول‌های خورشیدی برپایه‌ی سیلیکون تبدیل شده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، نانوستون‌ها -آرایه‌های متراکم نانومقیاس از نیمه‌هادی‌های فعال نوری- قابلیت‌هایی را برای فراهم کردن نسل بعدی سلول‌های خورشیدی نسبتاً ارزان و قابل ارتقا از خود نشان داده‌اند امّا به‌دلیل برخی مشکلات مربوط به بهره‌وری به مرحله‌ی اجرا در نیامده‌اند. اما سرانجام، نانوستون‌ها طی پژوهشی که در مجله‌ی Nano Letters منتشر شده است، دچار تحول شده‌اند و آینده‌ی این ساختارها اکنون روشن‌تر از گذشته است.

علی جاوی (Ali Javey)، شیمیدانی که قرارهای مشترکی با آزمایشگاه ملّی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی) و دانشگاه کالیفرنیا در برکلی دارد، می‌گوید: «با تنظیم شکل و هندسه‌ی آرایه‌های بسیار منظم نانوستونی ژرمانیم یا کادمیم سولفید، ما توانسته‌ایم که خواص جذب نوری نانوستون‌هایمان را به‌شدت افزایش دهیم.»

جاوی که استاد قسمت علوم مواد آزمایشگاه برکلی و استاد دانشکده‌ی مهندسی برق و علوم‌کامپیوتر برکلی است عهده‌دار پژوهش بر روی نانوستون‌ها است. او و گروهش اولین کسانی بودند که این روش را نشان دادند که نانوستون‌های کادمیم‌سولفید می‌توانند در نمونه‌های مقیاس‌بزرگ، تولید انبوه شوند. در فعالیت آخر، آن‌ها توانستند نانوستون‌هایی بسازند که با استفاده از مقدار کمتری نیمه‌رسانا و بدون احتیاج به آغشته کردن به ماده‌ی ضدانعکاس، نور را حتی بهتر از سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک تجاری جذب کنند.

جاوی ادامه می‌دهد: «برای افزایش بهره‌وری جذب نوری نانوستون‌هایمان، ما از یک ساختار دوقطری استفاده کردیم که دارای یک قطر (60 نانومتری) سطحی با انعکاس حداقل برای ورود هرچه‌بیشتر نور و یک قطر بزرگ (130 نانومتری) درونی برای جذب حداکثر و توانایی تبدیل نور بیشتر به الکتریسیته است. این ساختار دوقطری 99 درصد نور مرئی را جذب کرد. در مقایسه با جذب 85 درصدی نانوستون‌های قبلی ما که از نظر طول کلی قطر، با هم برابر هستند.»

فعالیت‌های تئوری و آزمایشی نشان داده‌اند که آرایه‌‌های سه‌بعدی نانوستون‌های نیمه‌هادی -که قطر، طول و شیب مناسبی دارند- با وجود به‌کارگیری کمتر از نصف مواد نیمه‌هادی لازم برای سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک ساخته‌شده از نیمه‌هادی‌های مرکب مثل کادمیم تلوراید، در به دام انداختن نور بهتر عمل می‌کنند و حدود یک درصد ماده‌ی مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی از سیلیکون عمده تشکیل شده است. امّا تا زمان فعالیت جاوی و گروه تحقیقاتی‌اش، ساخت چنین نانوستون‌هایی فرآیندی پیچیده و طاقت‌فرسا می‌نمود.

جاوی و همکارانش نانوستون‌هایشان را از قالب‌هایی که با ورق آلومینیومی با ضخامت 2.5 میلی‌متر ساخته‌بودند، به شکل موردنظر خود در‌آوردند. فرآیند دومرحله‌ای آنُدیزاسیون برای ایجاد آرایه‌ای از حفره‌هایی به عمق یک میکرومتر در قالب دوقطری (که در قطر بالا نازک و در قطر پایین ضخیم است) مورد استفاده قرار گرفت. سپس ذراتی از طلا هم برای سرعت بخشیدن به کشت نانوستون‌ها در داخل حفره‌ها قرارداده شد.

جاوی همچنین اضافه می‌کند: «این فرایند، کنترل بهینه را روی هندسه و شکل آرایه‌های نانوستونی تک‌کریستالی، بدون استفاده از فرآیندهای هم‌بافته و/یا لیتوگرافیک پیچیده امکان‌پذیر می‌کند. در ارتفاع فقط دو میکرون، آرایه‌های نانوستونی ما قادر بودند که 99 درصد از تمام فوتون‌های با طول موج بین 300 تا 900 نانومتر را بدون استفاده از روکش‌های ضدانعکاس جذب کنند.»

نانوستون‌های ژرمانیم می‌توانند برای جذب فوتون‌های مادون قرمز برای آشکارسازهای خیلی حساس مورد استفاده قرار گیرند؛ و نانوستون‌های کادمیم سولفاید/تلوراید هم برای سلول‌های خورشیدی مناسب هستند. به گفته‌ی جاوی، این روش ساخت تا اندازه‌ی زیادی عمومی است، آن‌ها می‌توانند با بسیاری از مواد نیمه‌هادی دیگر به همان اندازه برای کاربردهای به‌خصوص استفاده شوند. اخیراً او و گروهش نشان داده‌اند که سطح مقطع آرایه‌های نانوستونی می‌توانند برای دستیابی به اشکال به‌خصوص-مربع، مستطیل و دایره- به‌راحتی با تغییر شکل قالب تنظیم شوند.

جاوی می‌گوید: «این مسأله درجه‌ی کنترل دیگری را در خواص جذب نوری نانوستون‌ها نشان می‌دهد.»

دانشمندان در دانشگاه نوتینگهام اکتشاف بزرگی انجام داده‌اند که می‌تواند در شکل‌گیری آینده‌ی نانوفن‌آوری کمک شایانی کند؛ به این شکل که برای اولین بار ساختارهای مولکولی سه‌بعدی می‌توانند روی یک سطح ساخته شوند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیز‌ورگ، این اکتشاف می‌تواند گام برجسته‌ای را به ‌سمت توسعه‌ی نانوقطعه‌های جدید مثل فن‌آوری‌های الکترونیکی و نوری پیشرفته و حتی رایانه‌های مولکولی بردارد.

در مقاله‌ی منتشرشده‌ای در مجله‌ی معتبر Nature Chemistry، گروه شیمیدان‌ها و فیزیکدان‌های نوتینگهام نشان داده‌اند که با معرفی یک مولکول «مهمان»، می‌توانند به جای آرایش‌های دوبعدی که پیش از این به آن‌ها دست یافته شده بود، مولکول‌ها را بر فراز یک سطح بسازند.

طی یک فرایند بیولوژیکی طبیعی که با نام خودمونتاژی شناخته می‌شود، وقتی دانشمندان مولکول‌های دیگری را به سطح معرفی کردند، میزبان آن‌ها به‌طورخودبه‌خود آن‌ها را به صورت ساختارهای سه‌بعدی معقولی آرایش داد.

پروفسور نیل چمپنس (Neil Champness) می‌گوید: «این امر، معادلی مولکولی است از پرتاب دسته‌ای آجر به هوا که وقتی دوباره پایین می‌آیند، به‌طورخودبه‌خود خانه‌ای را می‌سازند.»

«تاکنون این مسأله فقط در ساختار دوبعدی قابل دست‌یابی بوده است. بنابراین در ادامه‌ی این تناسب، «آجرهای» مولکولی فقط یک مسیر یا پاسیو را شکل خواهند داد؛ امّا تحول ما به این معنی است که ما می‌توانیم در بعد سوم، شروع به ساخت کنیم. این یک گام قابل‌توجه به سمت نانوفن‌آوری است.»

پیش از این، دانشمندان به منظور ایجاد ساختار دوبعدی مولکولی، روشی را به‌کار گرفته بودند که در ماهیت استفاده از پیوندهای هیدروژنی برای با هم نگه‌داشتن DNA، یافت شده بود.

فرایند جدید شامل معرفی یک مولکول مهمان -در این مورد یک توپ حجیم یا C60- به یک سطح نگاره‌گذاری‌شده توسط مولکول‌های تتراکربوکسیلیک‌اسید است. شکل کروی این توپ‌های حجیم این نتیجه را درپی‌دارد که آن‌ها روی سطح مولکول می‌نشینند و سایر مولکول‌ها را به شکل‌گیری کنار خودشان تشویق می‌کنند. این مسأله به دانشمندان، راه جدید و کنترل‌شده‌ای را برای ساخت لایه‌های اضافی روی سطح مولکول می‌آموزد.

این فعالیت نتیجه‌ی نهایی چهار سال پژوهش به سرپرستی پروفسور چمپنس (Champness) و بتون (Beton) از دانشکده‌ی شیمی، و دانشکده‌ی فیزیک و اخترشناسی است.

این مقاله‌ی پژوهشی، دومین تحول قابل‌توجه است که در هفته‌های اخیر توسط این گروه گزارش شده است. در ماه سپتامبر، مقاله‌ای در مجله‌ی Nature Communications منتشر شد که آن‌ها برای اولین بار راهی را نشان داده بودند که چگونه یک شکل مولکولی نامنظم می‌تواند روی یک سطح جذب شود. این مولکول‌ها ویژگی‌های بسیار مفیدی دارند و این مقاله گامی را به سمت توانایی کنترل پتانسیل این مولکول‌ها از طریق سازماندهی آن‌ها برای تشکیل ساختارها نشان می‌دهد. آن‌‌‌ها می‌توانند راهی را برای ساخت قطعه‌های جدید ذخیره‌کننده‌ی اطلاعات ارائه کنند که به مراتب از موارد مشابه بر پایه‌ی سیلیکون کوچک‌تر هستند.

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید.

کنترل و تنظیم جریان نور در جامعه‌ی مبتنی بر ارتباطات راه دور امروز، امری لازم است. دانشمندان مؤسسه‌ی اپتیک کوانتوم ماکس‌پلانک خبر از کشف روشی برای تزویج فوتون‌ها و ارتعاش‌های مکانیکی دادند که کاربردهای زیادی در ارتباطات راه دور و فن‌آوری‌های اطلاعات کوانتومی دارد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، پروفسور توبیاس کیپنبرگ (Tobias Kippenberg) و گروهش در آزمایشگاه فوتونیک و اندازه‌گیری‌های کوانتوم EPFL، راهی جدید برای تزویج نور و ارتعاش کشف کرده‌اند که طی مقاله‌ای در نسخه‌ی یازده نوامبر مجله‌ی ساینس منتشر شده است. با استفاده از این اکتشاف، آن‌ها دستگاهی ساخته‌اند که در آن باریکه‌ی نوری که در حال عبور از یک میکروتشدیدکننده (microresonator) است، توسط باریکه‌ی نور قوی‌تر دیگری قابل‌کنترل است. بنابراین، این دستگاه مشابه ترانزیستوری نوری عمل می‌کند که در آن یک باریکه‌ی نور، شدت باریکه‌ی دیگر را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

میکروتشدیدکننده‌ی نوری آن‌ها دو شاخصه دارد: نخست اینکه نور را در یک ساختار ریز شیشه‌ای به دام می‌اندازد و آن را به داخل ساختاری دایروی هدایت می‌کند. دوم اینکه این ساختار در فرکانس‌های تعریف‌شده‌ی مناسبی ارتعاش می‌کند. از آنجاکه این ساختار بسیار کوچک است (کسری از قطر یک تار موی انسان)، این فرکانس‌ها 000,10 مرتبه بزرگ‌تر از فرکانس ارتعاش شیشه‌ی لیوان هستند. زمانی‌که نور به داخل این قطعه تزریق می‌شود، فوتون‌ها نیرویی را از خود نشان می‌دهند که فشار تشعشع نامیده می‌شود و توسط تشدیدکننده تا اندازه‌ی زیادی افزایش می‌یابد. این فشار فزاینده باعث تغییر شکل محفظه می‌شود و نور را با ارتعاش‌های مکانیکی تزویج می‌کند. در صورت استفاده از دو باریکه‌ی نور، برهم‌کنش این دو لیزر با ارتعاش‌های مکانیکی منجر به نوعی «کلید» نوری می‌شود: لیزر «کنترلی»ِ قوی می‌تواند لیزر «پیرو»ِضعیف را مشابه ترانزیستوری الکتریکی قطع و وصل کند.

آلبرت شلیسر (Albert Schliesser)، پژوهشگر مؤسسه‌ی ماکس‌پلانک، توضیح می‌دهد: «ما بیش از دو سال است که می‌دانیم این مسأله به لحاظ تئوری امکان‌پذیر است.» امّا به اجرا درآوردن آن مشکل است. استفان ویس (Stefan Weis)، دانشجوی دوره‌ی دکترای EPFLو یکی از نویسندگان اصلی مقاله، یادآوری می‌کند: «وقتی‌که دانستیم کجا را جستجو کنیم، دقیقاً همان‌جا بود.» ساموئل دلگلیس (Samuel Deleglise)، دانشمند ارشد EPFL،هم خاطرنشان می‌کند: «توافق بین تئوری و آزمایش واقعاً تصادفی است.»

کاربردهای این اثر جدید، که OMIT (شفافیت القاشده‌‌ی اُپتومکانیکی یاoptomechanically-induced transparency) نامیده شده است، می‌تواند کارکردهای کاملاً جدیدی را برای فوتونیک فراهم کند. تبدیل‌های تشعشع‌به‌ارتعاش پیش از این به‌طورگسترده استفاده می‌شده‌اند: مثلاًدر تلفن‌های همراه، یک گیرنده تشعشع الکترومغناطیسی را به ارتعاش مکانیکی تبدیل می‌کند که امکان فیلتر مناسب سیگنال را مهیا می‌سازد. امّا انجام این نوع تبدیل به وسیله‌ی نور غیرممکن بوده است. به‌وسیله‌ی دستگاهی مبتنی بر OMIT، میدانی نوری برای اولین بار توانست به ارتعاش مکانیکی تبدیل شود. این مسأله می‌تواند گستره‌ی وسیعی از امکانات را به روی ارتباطات راه دور بگشاید. برای مثال، بافرهای نوری جدیدی می‌توانند طراحی شوند که قادر باشند اطلاعات نوری را تا چند ثانیه ذخیره کنند.

در سطحی بنیادی‌تر، پژوهشگران سراسر دنیا در حال تلاش برای یافتن راه‌هایی به‌منظور کنترل سیستم‌های اُپتومکانیکی در سطح کوانتومی بوده‌اند. تزویج قابل‌کلیدزنی که توسط گروه ماکس‌پلانک EPFL نشان داده شده است، می‌تواند به عنوان واسطه‌ی مهمی در سیستم‌های کوانتومی دورگه، جامعه را در غلبه بر این مشکل یاری کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، نانوسیم‌‌های فرا-تمیز جدید که در مرکز نانوساینس در دانشگاه کپنهاگن ساخته شده‌اند، نقش برجسته‌ای در توسعه‌ی سلول‌های خورشیدی کارآمد جدید و علم الکترونیک در مقیاس نانومتر خواهند داشت. پیتر کروگستراپ (Peter Krogstrup) دانشجوی دوره‌ی دکترا در موسسه‌ی نیلز بور در همکاری با شماری از محققان برجسته و شرکت SunFlake A/S در حال انجام پژوهش روی این مسأله هستند. یافته های جدید، اخیراً در مجله‌ی معتبر Nano Letters انتشار یافته‌اند.

نانوسیم‌ها ساختارهایی تک‌بعدی با خواص الکتریکی و نوری منحصربه‌فرد هستند. در حقیقت نوعی بلوک ساختاری هستند که پژوهشگران برای ساخت ابزارهای مقیاس نانومتر از آن‌ها استفاده می‌کنند.

در سال‌های اخیر پژوهش‌های بسیار زیادی روی این مسأله انجام شده است که نانوسیم‌ها به عنوان بلوک ساختاری چگونه می‌توانند در توسعه‌ی سلول‌های خورشیدی مورد استفاده قرار گیرند. کنترل تولید نانوسیم‌ها یکی از چالش‌های پیش رو است که نانوسیم‌های فرا-تمیز جدید بخشی از راه‌حل آن است. این نانوسیم‌ها بدون استفاده از کاتالیزور فلزی، مثل طلا، توسعه داده می‌شوند. این کاتالیزور تمایل به نابودیِ ساختارهای تمام الکترونی دیگری دارد که نانوسیم‌ها دارا هستند و در نتیجه آن‌ها را غیرقابل‌استفاده می‌کند.

پیتر کروگستراپ گفت: «سیم‌های فرا-تمیز روی بستری از سیلیکون به علاوه‌ی لایه‌ی بسیار نازکی از اکسید طبیعی کشت داده می‌شوند. عنصر گالیم، که جزئی از ماده‌ی نانوسیم‌ها است، با اکسید واکنش نشان می‌دهد و حفره‌های کوچکی را در لایه‌ی اکسید پدید می‌آورد. در اینجا گالیم به شکل قطره‌هایی بسیار کوچک با ضخامت چند نانومتر تبدیل می‌شود. این قطره‌ها عنصر آرسنیک، که عنصر دیگر در نانو سیم‌ها است، را می‌ربایند و به این ترتیب از طریق یک اثر خودکاتالیزوری، کشت نانوسیم‌ها بدون دخالت ماده‌ی دیگری آغاز می‌شود.»

چگونگی کنترل بر کشت نانوسیم‌ها:

آزمایش‌های متعدد با شرایط کشت متفاوت، آگاهی پژوهشگران را در مورد مبانی فیزیک تشکیل نانوسیم‌ها بالاتر برده است. نانوسیم‌ در حالت عادی شامل هر دو ساختار کریستالی شش‌ضلعی و مکعبی است، امّا نانوسیم‌های جدید تنها ساختار کریستالی مکعبی کامل دارند. این مسأله به این معنی است که مسیر الکترون در داخل سیم تأثیرپذیر نیست و بنابراین، دچار تلفات انرژی کمتری خواهد شد که در نهایت منجر به کارآیی بیشتر می‌شود.

پیتر کروگستراپ در حالی‌که اشاره می‌کند که نانوسیم‌های‌اش روی بستر سیلیکون کشت داده می‌شوند، اضافه می‌کند: «این درک بهتر از فرایند کشت، ما را قادر به کنترل بر کشت نانوسیم‌ها می‌سازد و سیم‌های تمیز نقطه‌ی آغاز فعالیت من در مورد توسعه‌ی سلول خورشیدی کارآمدی بر اساس نانوسیم‌ها است. با این نتایج، ما گامی به سوی این هدف برداشته‌ایم.»

در آخر پیتر کروگستراپ، که در این پژوهش با شرکت SunFlake A/S مستقر در مرکز نانوساینس در دانشگاه کپنهاگن همکاری می‌کند، می‌افزاید: «این بستر از سایر بسترهای مورد استفاده توسط پژوهشگران دیگر ارزان‌تر است. این مسأله مهم است، زیرا در نهایت باید بیشترین مقدار انرژی ممکن را در ازای کمترین هزینه‌ی ممکن به دست آورد.» شرکت SunFlake A/S در حال فعالیت روی توسعه‌ی سلول‌های خورشیدی آینده بر اساس نانوساختار‌های گالیم و آرسناید است.

«ما بسیار خرسندیم که پیتر چنین نتایج امیدوارکننده‌ای را به این سرعت در پروژه به دست آورده است.» این مطلب را مورتن شالدموز (Morten Schaldemose)، مدیر شرکت SunFlake A/S نقل می‌کند.

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید.

پژوهشگران تایوانی ادعا می‌کنند که موفق به اختراع کوچکترین رَم مقاومتی (RRAM) غیرفراری شده‌اند که تاکنون ساخته شده است. RRAM بیت‌ها را به‌صورت تغییر در مقاومت سلول حافظه ذخیره می‌کند. شرکت‌های بزرگ تراشه به‌شدت در حال تحقیق بر روی RRAM هستند، و دولت تایوان این فن‌آوری را متقاعدکننده یافته است چرا که می‌تواند در تزریق نیروی تازه به صنعت حافظه‌ی این کشور کمک‌بخش باشد؛ صنعتی که به‌تدریج رو به کاهش است و به‌شدت نیاز به فن‌آوری جدید دارد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، به‌کارگیری نوع جدیدی از ترانزیستور اتصال دوقطبی یا BJT، به جای ترانزیستور معمولی اثر میدان نیمه هادی اکسید فلز ، یا ماسفت، در این حافظه موجب کوچکی مساحت سطح آن شده است. BJT، که عمودی‌گرا است، جریان را درون سلول حافظه هدایت می‌کند تا بیتی را بخواند یا، با تغییر مقاومت سلول، بیتی را بنویسد. در طراحی تایوانی، سلول -لایه‌ای از نیترید تیتانیوم، تیتانیوم، و اکسید هافنیم که بین دو هادی ساندویچ شده است- در بالای ترانزیستور می‌نشیند. در طرح های قبلی با استفاده از ماسفت‌ها، ترانزیستورهای راه‌انداز در دو طرف سلول‌های حافظه قرار داشتند.

به گفته‌ی کرونگ جونگ لین، که ریاست آزمایشگاه میکروالکترونیک را در دانشکده‌ی مهندسی برق دانشگاه ملی تسینگ هوآ (Tsing Hua) برعهده دارد، ده ها تن از هم‌گروهی‌های او دو سال وقت صرف کرده‌اند تا BJTی منحصربه‌فردی را طراحی کنند که ساخت سلول سه‌بعدی RRAM را امکان‌پذیر سازد. مهندسان در موسسه‌ی پژوهشی فن‌آوری صنعتی (ITRI)، یک سازمان شبه‌دولتی پژوهش و توسعه، نیز در این کار شرکت داشته‌اند.

آن‌ها با همکاری هم آرایه‌ای از سلول‌های سه‌بعدیRRAM ساختند که هر یک فضایی برابر با 0.032 میکرومترمربع (با استفاده از فن‌آوری 90 نانومتر منطق CMOS)، و یا چهار برابر مربع کوچکترین قابلیت در تراشه (4F2 به زبان صنعت).

لین گفت: «مزایای استفاده از سلول چگالی‌بالای سه‌بعدیِ RRAM شامل کار در ولتاژ پایین، قابلیت اطمینان بهتر، و مقیاس پذیری بالاتر است.» به گفته‌ی او، چنین حافظه‌ی فضابه‌صرفه‌ای می تواند با حافظه‌های فلش رقابت کند و یا حتی جایگزین آن‌ها شود.

گروه لین جزئیات اختراع خود را در نشست بین‌المللی قطعه‌های الکترونی IEEE اعلام خواهد کرد، که در اوایل ماه دسامبر در سان فرانسیسکو برگزار خواهد شد.

به گفته‌ی لین، تشکیل BJT زیر سلول‌ها نکته‌ای کلیدی بود. «مثل قرار دادن مواد موردنیاز در زیرزمین خانه‌ای تک‌طبقه به جای [در] مناطق گسترش‌یافته‌ی مجاور. لازم نیست که از زمین اضافی استفاده کنید.»

انتخاب BJT همچنین بدان معنی است که سلول RRAM جدید به‌طور کامل از اندازه‌ی ساختارهای ترانزیستوری منطق CMOS، مانند طول گیت و ضخامت اکسید، مستقل است. در نتیجه، طرح‌بندی سلول می‌تواند آسان‌تر آرایش و تا ابعاد 4F2 کاهش یابد.

لین اضافه می‌کند که سلول RRAM جدید مصرف توان کمتری دارد، چرا که BJT می‌تواند بهره‌ورانه در ولتاژ کم 2 ولت برای پاک کردن بیت و 1.5 ولت برای نوشتن بیت کار کند. در مقابل، به گفته‌ی او، کمترین ولتاژ خارجی اعمالی برای کار سلول حافظه‌ی فلش نزدیک به 10 ولت است.

از نظر قابلیت اطمینان، RRAM جدید می‌تواند بیش از 10 میلیون چرخه‌ی نوشتن/پاک کردن را بدون افت قابل‌توجهی تحمل کند. حداقل مقدار قابل‌قبول برای فلش 10 هزار چرخه است.

این گروه متحمل زحمت زیادی شد برای ساخت حافظه‌ای که با فرآیند CMOS سازگار باشد، فرآیندی که طرح ساخت تراشه‌های سیلیکونی منطقی است. در نتیجه، هرچه مهندسان مدارهای منطقی را کوچک‌تر بسازند، این سلول می‌تواند کوچک‌تر ساخته شود. گروه لین در حال کار با کارخانه‌ای تایوانی است، که او نمی خواهد نام آن را بگوید، تا نمونه‌ای از ساخت این فن‌آوری را در مقیاس بزرگ به نمایش بگذارد.

به گفته‌ی لین، دولت تایوان در نظر دارد سرمایه گذاری میلیون‌ها دلاری بر روی BJT RRAM انجام دهد. او می گوید که اگر این بودجه تصویب شود، پروژه‌ی پژوهشی فشرده‌ی چندساله‌ای، که به‌طور مشترک توسط ITRI و گروه لین در دانشگاه پیشنهاد شده است، در سال 2011 آغاز خواهد شد.

دانشمندان در آزمایشگاه ملی فیزیک هسته‌ای و ذرات کانادا (TRIUMF) به سرپرستی جف سونیر، فیزیکدان دانشگاه سایمون فریزر، کشفی کرده‌اند که گمان می‌رود تولید ابررساناها در دمای اتاق (37 درجه‌ی سانتی‌گراد) را به شدت به تاخیر اندازد.

به مدت 25 سال تصور می‌شده است که مغناطیس می‌تواند مشکل‌ساز باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، مجله‌ی Proceedings of the National Academy of Sciences این یافته را منتشر کرده است. طبق این کشف جدید، در نوع خاصی از ماده‌ی اکسید مس مبتنی بر لانتانیوم خاصیت مغناطیسی ضعیفی وجود دارد. این ماده بالاترین دمای تبدیل را در میان ابررساناهای شناخته‌شده دارد.

سونیر، سرپرست دانشمندان در این پژوهش، گفت: «تلاش برای رسیدن به ابررسانایی در دمای اتاق، خبر بزرگی است. در سرمقاله‌ی نسخه‌ی ژوئن 2010 مجله‌ی Scientific American پیش‌بینی شده است که این کشف یکی از 12 رویدادی باشد که همه چیز را تغییر می‌دهند.»

ابررساناها، موادی که دارای مقاومت الکتریکی صفر هستند، به‌طور بالقوه می‌توانند ادوات روزمره‌ی مورد استفاده در الکترونیک، پزشکی و حمل‌و‌نقل را به پیش ببرند، اما بسیار گران‌قیمت هستند چون تنها در دماهای بسیار پایین کار می‌کنند. اگر ابررساناها در دمای اتاق قابل‌استفاده باشند، نیازی نخواهد بود که برای راه‌اندازی آن‌ها از سیستم‌های خنک‌کننده‌ی گران‌قیمتِ هلیم مایع استفاده شود.

وقتی که حامل‌های بار به مواد اکسید مس (کاپریت‌ها) افزوده می‌شوند، این مواد توانایی ابررسانایی پیدا می‌کنند. برخی از کاپریت‌ها در دمای 140- درجه‌ی سانتی‌گراد کار می‌کنند. این دما به طور قابل ملاحظه‌ای بالاتر از دمای 240- درجه‌ی سانتی‌گراد است که دمای کارکرد عادی سایر مواد ابررسانا محسوب می‌شود.

افزودن حامل‌های بار (ذرات حامل بار الکتریکی) با عنوان ناخالص‌سازی شیمیایی (chemical doping) شناخته می‌شود. با عمل ناخالص‌سازی شیمیایی افزایشی، دمای کارکرد ابررسانای کاپریت تا یک مقدار مشخص افزایش می‌یابد و سپس افت می‌کند.

تا زمان انجام این پژوهش، دانشمندان تنها این ایده را داشتند که آیا ممکن است یک فاز مغناطیسی رقابتی طی ناخالص‌سازی شدید شیمیایی وجود داشته باشد و در نهایت خاصیت ابررسانایی را از بین ببرد.

سونیر و همکارانش از یک ذره‌ی زیراتمی به نام میون (muon) استفاده کردند تا ماهیت مغناطیسی یک کاپریت را به صورت میکروسکوپی بررسی کنند. این کار آن‌ها را به سمت این کشف هدایت کرد که یک خاصیت مغناطیسی عجیب ظاهر می‌شود تا در از بین بردن ابررسانایی طی ناخالص‌سازی شدید شیمیایی شرکت کند.

این دانشمندان در تلاش هستند که به منشا این خاصیت مغناطیسی دست پیدا کنند و بدانند که آیا این خاصیت مغناطیسی به واقع با ابررسانایی به رقابت می‌پردازد یا نه.

سونیر افزود: «درک اینکه چه چیزی ابررسانایی را طی ناخالص‌سازی شدید شیمیایی از بین می‌برد، می‌تواند سرنخ مهمی ارائه دهد درباره‌ی این خاصیت مغناطیسی میکروسکوپی که مسبب ابررسانایی دمابالاست. آگاهی در این مورد، گامی بزرگ به سوی ساخت ابررساناها در دمای اتاق خواهد بود.»

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه نمایید.

عددهای چشمک‌زن روی نمایشگر کریستال مایع (LCD) معمولاً نشانه‌ی این است که کلاک دستگاه نیاز به بازتنظیم دارد. اما، در آزمایشگاه ژونگ لین وانگ در جئورجیا تِک، عدد چشمک‌زن روی LCD کوچکی نشانه‌ی موفقیت تلاشی پنج ساله است، تلاشی برای تغذیه‌ی دستگاه‌های الکترونیکی رایج با ژنراتورهای نانومقیاسی که با به‌کارگیری آرایه‌ای از نانوسیم‌های ریز انرژی مکانیکی را از محیط مهار می‌کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از جئورجیا تک، در این مورد انرژی مکانیکی از راه فشردن نانوژنراتوری بین دو انگشت به‌دست می‌آید. اما، می‌تواند از ضربان قلب، ضربه‌ی کفش در هنگام پیاده‌روی، خوردن قسمت‌های مختلف پیراهن به هم و ایجاد صدا، یا نوسان ماشین سنگینی نیز به‌دست آید. اگرچه این نانوژنراتورها هرگز مقدار برق زیادی برای کاربردهای رایج تولید نخواهند کرد، می‌توانند برای تغذیه‌ی قطعه‌های نانومقیاس و میکرومقیاس، و حتی برای شارژ دستگاه‌های تنظیم‌کننده‌ی ضربان قلب یا آی‌پادها، به‌کار روند.

نانوژنراتورهای وانگ متکی به اثر فیزوالکتریک هستند که در موادی بلوری مانند اکسید روی دیده می‌شود. ساختار این مواد به گونه‌ای است که وقتی خم یا فشرده می‌شوند، پتانسیل بار الکتریکی ایجاد می‌شود. با گرفتن این بارها از میلیون‌ها سیم نانومقیاس اکسید روی و ترکیب آن‌ها، وانگ و گروه تحقیقاتی‌اش می‌توانند ولتاژی برابر با 3 ولت و حداکثر 300 نانوآمپر تولید کنند.

وانگ، استاد دانشکده‌ی علم مواد و مهندسی جئورجیا تک، گفت: «با ساده‌سازی طرح خود، نیرومندتر کردن آن و یکپارچه‌سازی نانوسیم‌های بیشتر، با موفقیت خروجی نانوژنراتور خود را به اندازه‌ی کافی افزایش دادیم تا قطعه‌هایی مانند نمایشگرهای کریستال مایع تجاری، دیودهای گسیلنده‌ی نور، و دیودهای لیزری را تغذیه کند. اگر ما بتوانیم همین سرعت بهبود را حفظ کنیم، به کاربردهایی واقعی در دستگاه‌های مرتبط با سلامت، الکترونیک شخصی، یا نظارت محیطی دست خواهیم یافت.» او ادامه داد: «اینکه چگونه این دستگاه‌ها را تغذیه کنیم، موضوعی حیاتی است.»

پیشرفت‌های اخیر در نانوژنراتورها، شامل روش ساخت آسان‌تر، مدتی پیش در نسخه‌ی آنلاین مجله‌ی Nano Letters منتشر شد.

نانوژنراتورهای اکسید رویِ اولیه آرایه‌ای از نانوسیم‌ها را به‌کار می‌بردند که روی ماده‌ای صلب کشت داده شده بودند و سَر آن‌ها با الکترودی فلزی قرار گرفته بود. نسخه‌های بعدی هر دو سَر نانوسیم‌ها را در پلیمر جاسازی کرده بودند و با پیچ‌وخمی ساده توان تولید می‌کردند. صرف‌نظر از این پیکربندی، این قطعه‌ها نیازمند کشت محتاطانه‌ی آرایه‌های نانوسیم و مونتاژ زحمت‌باری بودند.

در این مقاله، وانگ و اعضای گروه او روش‌های ساخت بسیار آسان‌تری را گزارش داده‌اند. ابتدا، آرایه‌هایی از نوع جدیدی از نانوسیم را کشت داده‌اند که شکلی مخروطی دارد. این سیم‌ها از ماده‌ی کشت‌داده‌شده‌ی آن‌ها بریده شده‌اند و درون محلول الکل قرار داده شده‌‎اند.

سپس، این محلولِ حاوی نانوسیم‌ها روی الکترود فلزی نازک و صفحه‌ای از لایه‌ی پلیمری انعطاف‌پذیر چکانده شد. پس از اینکه الکل خشک شد، لایه‌ی دیگری ایجاد شد. چندین لایه‌ی نانوسیم/پلیمر با به‌کارگیری فرآیند خاصی نوعی از کامپیوزیت را تشکیل دادند که به اعتقاد وانگ، این فرآیند می‌تواند به تولید صنعتی برسد.

این ساندویچ‌های نانوسیمی، که حدود دو سانتی‌متر در 1.5 سانتی‌متر هستند، هنگامی که در معرض خمش قرار گرفتند، توانستند توان کافی برای راه‌اندازی نمایشگر یک ماشین‌حساب جیبی را تولید کنند.

به گفته‌ی وانگ، هم‌اکنون این نانوژنراتورها به نزدیکی نقطه‌ای رسیده‌اند که می‌توانند جریان کافی را برای سیستمی خودتغذیه تولید کنند. به عنوان مثال، سیستمی که امکان نظارت بر محیط را برای شناسایی گازهای سمی و سپس ارسال هشدار مهیا می‌سازد. این سیستم می‌تواند شامل خازن‌هایی برای ذخیره‌ی بارهای الکتریکی کوچک باشد تا توان کافی برای ارسال داده‌ها در دسترس قرار گیرد.

اگرچه خروجی نانوژنراتور کنونی همچنان پایین‌تر از سطح مورد نیاز برای دستگاه‌هایی مانند آی‌پادها یا تنظیم‌کننده‌های ضربان قلب است، وانگ اعتقاد دارد که چنین سطح‌هایی در عرض سه تا پنج سال آینده قابل‌دسترسی خواهد بود. به گفته‌ی او، نانوژنراتور کنونی تقریباً 100 برابر قدرتمندتر از نمونه‌ای است که گروه او یک سال پیش توسعه داده بود.

در مقاله‌ی مجزای دیگری که در ماه اکتبر در مجله‌ی Nature Communications انتشار یافت، گروه وانگ روش جدیدی برای ساخت نانوسیم‌های فیزوالکتریک از تیتانات زیرکُنات سرب (همچنین مشهور به PZT) ارائه دادند. این ماده پیش از آن به‌صورت صنعتی به‌کار می‌رفت، منتها کشت آن بسیار دشوار است چرا که نیازمند دمای 650 درجه‌ی سلسیوس است.

در این مقاله، گروه وانگ برای اولین بار کشت هم‌بافته‌ی شیمیاییِ آرایه‌های نانوسیم تک‌بلوریِ با آرایش عمودی از مواد PZT را روی گستره‌ای از مواد رسانا و نارسانا گزارش دادند. آن‌ها از فرآیندی با نام تجزیه‌ی هیدروگرمایی استفاده کردند، که در دمای 230 درجه‌ی سلسیوس اتفاق می‌افتد.

این دانشمندان نانوژنراتورهای PZT را به همراه مدار یکسوسازی برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم، به‌کار بردند تا یک دیود لیزری تجاری را تغذیه کنند. این نمونه‌ی آزمایشی، سیستم ماده‎‌ای جایگزینی برای خانواده‌ی نانوژنراتور وانگ بود. او گفت: «این امر به ما امکان انعطاف در انتخاب بهترین ماده و فرآیند برای نیاز موردنظر را می‌دهد، اگرچه کارآیی PZT به خوبی اکسید روی برای تولید توان نیست.»

و در مقاله‌ی دیگری که در Nano Letters منتشر شد، وانگ و اعضای گروه او از پیشرفت دیگری در افزایش خروجی نانوژنراتور خبر دادند. این روش، با نام «چاپ جاروبی قابل‌مقیاس»، شامل فرایندی دومرحله‌ای است: 1) انتقال نانوسیم‌های اکسید رویِ با آرایش عمودی به ماده‌ی گیرنده‎‌ی پلیمری جهت تشکیل آرایه‌هایی افقی و 2) تعبیه‌ی الکترودهای نواری موازی برای اتصال تمامی نانوسیم‌ها به هم.

پژوهشگران با به‌کارگیری یک لایه از این ساختار ولتاژ مداربازی برابر با 2.03 ولت و چگالی توان خروجی حداکثری برابر با حدود 11 میلی‌وات بر سانتی‌مترمکعب تولید کردند.

وانگ گفت: «از زمانی که در سال 2005 آغز کردیم تا کنون، خروجی نانوژنراتورهای خود را به‌طور شگفت‌انگیزی بهبود بخشیده‌ایم. ما در محدوده‌ای قرار داریم که مورد نیاز است. اگر ما بتوانیم این اجزای کوچک را راه‌اندازی کنیم، معتقدم که قادر خواهیم بود سیستم‌های کوچک را در آینده‌ای نزدیک تغذیه کنیم. امیدوارم ظرف پنج سال آینده شاهد این حرکت رو به کاربردی‌سازی باشم.»

شركت IBM اعلام كرد كه در حال توليد فن‌آوری جدیدی برای ساخت تراشه است كه می‌تواند در ساخت نيمه‌هادی‌های پيشرفته به كار رود. این فن‌آوری می‌تواند ما را همگام کند با تعداد در حال گسترشِ قطعات متصل‌به‌اينترنت و امواج عظیم داده‌هایی که آن‌ها تولید می‌کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، آنچه Cu-32 Custom Logic ارائه داده است، فن‌آوری منحصربه‌فرد IBM -طراحی شده توسط IBM Research- را به كار می‌گيرد تا ظرفيت حافظه‌ها و سرعت پردازش تراشه‌های به كار رفته در فيبر نوری و شبكه‌های بی‌سيم، و نیز در ادواتی مانند روترها و سوئيچ‌ها را به‌طورهیجان‌انگیزی افزایش دهد. اين فن‌آوری می‌تواند به سازندگان و گردانندگان شبكه كمك كند تا سیل عظیم داده‌ها را مديريت كنند؛ داده‌هایی که برآمده از اشتياق مصرف‌كنندگان به گوشی‌های هوشمند و ساير وسايل متصل به وب است.

نتایج استفاده‌ی سيستم‌ها از تراشه‌های ساخته شده با Cu-32 می‌تواند چنین چیزهایی باشند:
- زيرساخت شبكه‌ی تلفن همراه كه می‌تواند حجم پيام‌های كوتاه يك سال (معادل شش تريليون در كل دنيا در سال 2010) را در كمتر از 10 ثانيه منتقل كند.
- دانلود كاربری يك قطعه فيلم با طول متوسط بر روی گوشی هوشمند در كمتر از 10 ثانيه، و يا با كيفيت HD در كمتر از يك دقيقه.
- روترها كه می‌توانند هر نوع تصوير متحرك ساخته‌شده را در كمتر از يك دقيقه به جريان اندازند.

در پنج سال گذشته تعداد افرادی كه از اينترنت استفاده می‌كنند دو برابر شده است، با آمار دو ميليارد متقاضی در سال 2010. گوشی‌های هوشمند، كنسول‌های بازی، تلويزيون‌های ديجيتال، وسايل GPS، و پخش كننده‌های MP3 از جمله گجت‌های مصرفی هستند كه هم‌اكنون به اينترنت متصل می‌شوند. هر چه زيرساخت دنيا بيشتر ديجيتال، يكپارچه و تحت‌نظارت شود، آرايه‌های گسترده‌ای از حسگرهای دستگاه‌به‌دستگاه نيز شروع به استفاده از اينترنت برای تبادل داده می‌کنند؛ داده‌هایی مانند ترافيك جابه‌جایی، مصرف انر‍‍‍ژی ساختمان‌ها، يا سلامتی كودكان تازه‌متولدشده. توليدكنندگان زيرساخت ارتباطات به شكل فزآينده‌ای به فن‌آوری‌های تحول‌انگیز نيمه‌هادی هم‌چون Cu-32 نياز خواهند داشت تا بتوانند خود را با تقاضای امنيت، نگهداری و جابه‌جایی حجم روبه‌رشدی از ترافيك شبكه همگام سازند.

حافظه‌ی جاسازی‌شده، ساخته‌شده در آزمايشگاه‌های IBM، كليد ایجاد تحول در كارآيی
فن‌آوری DRAM جاسازی‌شده‌ی IBM بيشترين چگالی حافظه‌ی ديناميك رویِ‌تراشه‌ای را كه امروزه قابل دسترس است، فراهم می‌کند، يعنی بيش از 1 گيگابايت حافظه روی يك تراشه. كارايی eDRAM IBM تا جايی پيشرفت كرده است كه می‌تواند در بسیاری از کاربردها جایگزین حافظه‌های استاتيك (SRAM) رویِ‌تراشه‌ای رايج شود، با اشغال فضای %60 كمتر و مصرف انرژی %90 كمتر.

سيمون سگارز، مدير كل و نايب رئيس اجرايی بخش IP فيزيكی ARM، گفت: «فن‌آوری Cu-32 همراه با IP فيزيكی پيشرفته‌ی ARM، سازندگان تراشه را قادر می‌سازد تا سريعا به راه‌حل‌های قدرتمند سیستمِ‌رویِ‌تراشه‌ای (SoC) برای بازار برسند. همكاری ما با IBM هر دو شركت را قادر می‌سازد تا آخرين پيشرفت‌ها را در نيمه‌هادی‌های جاسازی‌شده‌ی كم‌توان به پيش ببرند كه در ساخت شبكه‌های نسل آينده كمك خواهند كرد.»

يك رشته از هسته‌های سريال سرعت‌بالای جديد (High Speed Serial یا HSS) به قابليت‌های پيشرفته‌ی Cu-32 این امکان را می‌دهد که با بسیاری از استانداردهای مختلف واسط کاربری شبکه کار کند. به علاوه، فرآيند سيليكون-روی-عايق (SOI) IBM کمک می‌کند به ارتقای بهره‌وری انرژی در تراشه‌هايی كه از Cu-32 استفاده می‌كنند. از زمان اختراع آن توسط IBM در سال 1998، بيش از 100 ميليون تراشه‌ی SOI به فروش رفته است كه موجب افزايش قدرت جديدترين نسل بازی‌های ويديويی و توانمندسازی گستره‌ی وسيعی از تجهيزات ارتقايافته‌ی ارتباطاتی می‌شود. بيش از بيست سازنده‌ی نيمه‌هادی پيشرو در دنيا، سازندگان ابزارآلات و كارگزاران صنعت، عضو كنسرسيوم صنعت SOI هستند كه دوره‌ی بعدی نوآوری SOI را تنظيم می‌كنند.

مارك ايرلند، نايب رئيس محصولات نيمه‌هادی IBM، گفت: «با هر مقیاسی-از تعداد رو به رشد كاربران تلفن همراه تا انفجاری كه در اطلاعات در حال مشاهده‌ايم- ترافيك شبكه با سرعتی كه تا پيش از اين مشاهده نكرده‌ايم، رشد می‌كند. Cu-32، پيشرفته‌ترين ارئه‌ی Custom Logic ما، همراه با بهترين eDRAM صنعت و ارتباط سريال سرعت‌بالا، به شرکای زيرساخت ما سرمشقی را می‌دهد كه آن‌ها برای ساخت شبكه‌های نسل آينده نياز دارند.»

خصیصه‌های فنی بسته‌ی طراحی Cu-32
هسته‌های سریال سرعت‌بالای IBM توسعه داده شدند تا کارآیی خطای ارسال و پشتیبانی از یکسان‌سازی برای کارآیی سیستم‌های ارتقایافته را با حداقل ممکن نرخ بیت خطا تامین کنند. شرکت IBM عضو فعالی از کمیته‌ی فروم اینترنت‌شبکه‌ی نوری و پیشرو در تلاش برای تعریف استانداردهای واسط کاربری برای کاربردهای ارتباطاتی شبکه است.

Cu-32 اولین مجموعه از هسته‌های HSS صنعت را با فن‌آوری 32 نانومتری SOI ارائه می‌کند که موارد زیر را شامل می‌شود:
- هسته‌ی صفحه‌پشت 15G با پشتیبانی از استاندارد کانال فیبری 16G
- هسته‌ی تراشه به تراشه 15G با پشتیبانی از کاربردهای نوری کم‌‍توان و تراشه به تراشه
- هسته‌ی صفحه‌پشت 28G با پشتیبانی از استاندارد کانال فیبری 32G
- هسته‌ی استانداردهای 6G با پشتیبانی از استانداردهای نسل اول و دوم PCI-Express
- هسته‌ی نسل سوم PCI-Express با پشتیبانی از نسل اول، دوم و سوم PCI-Express

شرکت IBM به عنوان اولین تامین‌کننده‌ی فن‌آوری eDRAM در سیستم طراحی‌شده‌ی Custom-logic، توسعه‌ی eDRAM پیشنهادی را با کامپایلری ادامه می‌دهد که می‌تواند بیش از 3 هزار پیکربندی را تولید کند. این انعطاف‌پذیری امکان ایجاد راه‌حل‌های سیلیکون هوشمندتر را، به همراه حافظه‌ی بهینه شده برای گستره‌ی وسیعی از کاربردها از سرورهای نهایی و کاربردهای شبکه گرفته تا پردازشگرهای بازی، فراهم می‌کند.

eDRAM IBM سریعترین و فشرده‌ترین حافظه‌ی eDRAM را در صنعت ارائه می‌کند که به کارآیی چرخه‌ی تصادفی 600MHz می‌رسد در حالی که مصرف انرژی حالت انتظار آن (standby) 10 برابر کمتر از SRAMهای رایج است.

فن‌آوری مبتنی بر گذرگاه eDRAM IBM جهت ارائه‌ی کارآیی بالا و مصرف انرژی کم بهینه شده است و این در حالی است که از بسیاری از پیچیدگی‌های پردازش MIM مبتنی بر cap در سلول‌های eDRAM جایگزین، دوری جسته است.

فن‌آوری SOI IBM با گیت فلزی با ضریب kی بالا (HKMG) می‌تواند کارآیی تراشه را تا %25 و بهره‌وری انرژی را تا %30 بهبود دهد و همچنین، با دو برابر کردن فشردگی نسبت به فن‌آوری 45 نانومتری SOI، اجازه‌ی ساخت تراشه با فرآیند Cu-32 را برای گستره‌ی وسیعی از قطعات و کاربردها می‌دهد.

بسته‌های طراحی برای کتابخانه‌های سلول استاندارد، کامپایلر حافظه، eDRAM و استانداردهای HSS با کانال فیبری پشتیان هم‌اکنون در دسترس هستند که دسترسی به استانداردهای اضافی HSS نیز تا پایان سال 2010 امکان‌پذیر خواهد بود.

رایانه‌های آینده، در نتیجه‌ی پالایشی که در ساخت گرافین در دانشگاه رایس صورت گرفته، شاید کمی شیرین‌تر کار کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، محققان رایس یاد گرفته‌اند که صفحات طبیعی گرافین را که صفحاتی از کربن به ضخامت یک اتم است، به وسیله‌ی شکر مسطح و سایر مواد با پایه‌ی کربن بسازند. آن‌ها این کار را در یک فرآیند تک‌مرحله‌ای در دمای پایین انجام می‌دهند تا گرافین به آسانی ساخته شود.

جیمز تور (James Tour)، شیمیدان آزمایشگاه رایس، اخیراً در نسخه‌ی آنلاین مجله‌ی نیچر گزارش داد که گرافینِ گسترده‌سطح و کیفیت‌بالا می‌تواند از چند منبع کربنی در دمای پایین C°800 (F° 1427) کشت داده شود. به گفته‌ی تور، این گرما هر چقدر هم که زیاد به نظر برسد، باز تفاوت میان کوره‌ای با دمای 800 و 1000 درجه‌ی سلسیوس قابل‌توجه است.

تور، دارنده‌ی کرسی استادی در شیمی و نیز استاد مهندسی مکانیک وعلم مواد و هم‌چنین علم رایانه، گفت: «در 800 درجه، لایه‌ی سیلیکون زیرین از جنبه‌ی الکترونیکی فعال است در حالیکه در 1000 درجه، ناخالصی‌های حیاتی خود را از دست می‌دهد.»

ژنگ‌زونگ سان (Zhengzong Sun)، دانشجوی سال چهارم تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه تور و نویسنده‌ی نخست مقاله، دریافت که لایه‌نشانیِ منابع کربنی روی زیرلایه‌های مس و نیکل، به هر شکلی که او مایل بود گرافین را تولید کرد: صفحه‌های تک‌لایه، دولایه یا چندلایه که می‌تواند در کاربردهای زیادی مفید باشد.

همچنین سان و همکاران او دریافتند که این فرایند می‌تواند برای تولید گرافین ناخالص‌شده به آسانی خود را وفق ‌دهد. این کار امکان دستکاری مشخصه‌های الکترونیکی و نوری مواد را می‌دهد که در ساخت قطعات کلیدزنی و منطقی مهم است.

برای گرافین طبیعی، سان با لایه‌ی نازکی از پلی متیل متاکرایلیت (poly methyl methacrylate یا PMMA) شروع کرد -شاید شناخته‌شده‌تر با ظاهر تجاری‌اش با نام Plexiglas- و بر روی زیرلایه‌ای از مس فشرد که نقش یک کاتالیزور را ایفا می‌کند. تحت حرارت و فشار پایین، جریان گاز هیدروژن و آرگون روی PMMA برای مدت 10 دقیقه آن را به کربن خالص تقلیل داد و این لایه را به گرافینی تک‌لایه تبدیل کرد. تغییر سرعت جریان گاز به او اجازه‌ی کنترل ضخامت گرافین مشتق شده از PMMA را داد.

به گفته‌ی سان، سپس بسیار جالب توجه شد. او به سراغ سایر منابع کربن، شامل پودر نرم ساکاروز-ساکاروز ساده (Aka table sugar)- رفت. او گفت: «ما فکر می‌کردیم که امتحان این ماده‌ی اولیه جالب خواهد بود. در حالیکه سایر آزمایشگاه‌ها در حال عوض کردن فلز کاتالیزور بودند، ما تغییر منابع کربن را امتحان کردیم.»

سان 10 میلی‌گرم شکر (و بعداً فلوئورن که هیدروکربن چندحلقه‌ای معطری است) را روی یک صفحه‌ی فویل مسی به مساحت 1 سانتی‌مترمربع ریخت و آن را در معرض شرایط واکنشگر یکسان با PMMA قرار داد. این ترکیب سریعاً به گرافین تک‌لایه تبدیل شد. سان انتظار داشت نقایصی را در محصول نهایی ببیند، که ناشی از ویژگی‌های شیمیایی معین هر دو ماده بودند (غلظت بالای اکسیژن در ساکاروز، حلقه‌های پنج اتمی در فلوئورن)، اما او دریافت که نقص‌های بالقوه‌ی توپولوژیکی با شکل یافتن گرافین خود را ترمیم خواهند کرد.

سان گفت: «هرچه عمیق‌تر و عمیق‌تر به فرآیند نگریستیم، در‌یافتیم که نه فقط جذاب بود، بلکه مفید هم بود.»

او تلاش کرد ولی موفق نشد که گرافین را روی سیلیکون و اکسید سیلیکون کشت دهد، چیزی که امکان کشت گرافین نگاره‌دار (ptterned) را از لایه‌ی نازکی از مس یا نیکل شکل‌یافته و لایه‌نشانی‌شده روی ویفر سیلیکون افزایش داد.

به گفته‌ی تور، گرافین ناخالص‌شده امکانات بیشتری را برای کاربردهای الکترونیک ایجاد می‌کند. چیزی که سان ساخت آن را آسان یافت. با شروع از PMMA ترکیب‌شده با واکنشگر شیمیایی ناخالصی، ملامین، کشف کرد که انتشار گاز تحت فشار اتمسفر، گرافین ناخالص‌شده با نیتروژن تولید کرد. گرافین طبیعی شکاف باندی ندارد، اما گرافین ناخالص‌شده اجازه‌ی کنترل ساختارهای الکتریکی را می‌دهد، که این گروه با ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) آن را ثابت کردند.

تور گفت: «روز به روز، کشت گرافین روی سیلیکون در حال نزدیک شدن به حد آمادگی برای صنعت است، واین کار آن را یک گام پیش‌تر می‌برد.»

گروهی از پژوهشگران بین‌المللی به سرپرستی فیزیکدانانی از دانشکده‌ی علوم و مهندسی دانشگاه مینه‌سوتا به پیشرفت مهمی در تلاش برای درک پدیده‌ی ابررسانایی دمابالا در اکسید مس‌های مرکب دست یافته‌اند. پدیده‌ی ابررسانایی دمابالا در اکسیدهای مس یکی از موضوعات علمی‌ای است که بیشترین مطالعه بر روی آن‌ها انجام شده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران دانشگاه مینه‌سوتا و همکاران بین‌المللی آن‌ها از آلمان، فرانسه و چین از کشف نوع جدیدی از موج مغناطیسی دربرگیرنده‌ی اتم‌های اکسیژن خبر دادند. این یافته‌ی جدید می‌تواند دربرگیرنده‌ی مفاهیمی برای بهبود کابل‌های الکتریکی ابررسانا در شبکه‌ی برق سراسری باشد.

این مطالعه که مارتین گریون، استادیار دانشکده‌ی فیزیک و نجوم دانشگاه مینه‌سوتا، سرپرست نویسندگان آن بود، در نسخه‌ی 11 نوامبر مجله‌ی Nature همراه با مقدمه‌ی «News and Views» منتشر شد. قرار است بخش‌های مهم این پژوهش در مجله‌ی Science نیز منتشر شود.

گریون گفت: «پس از کشف ابررسانایی دمابالا در مواد اکسید مس مرکب در اواسط دهه‌ی 80 میلادی که برنده‌ی جایزه‌ی نوبل نیز شد، تلاش برای درک این پدیده یکی از مهم‌ترین چالش‌های علمی در زمینه‌ی فیزیک با بیش از 100 هزار مطلب منتشر شده در این زمینه طی 25 سال اخیر بوده است.»

گریون افزود: «در حالی که اخیراً تجاری شدن مواد اکسید مس مرکب به صورت کابل‌های الکتریکی پیش‍‌رفته شروع شده است، فیزیکدانان هنوز نتوانسته‌اند این معما را حل کنند که چرا این مواد مرموز زودتر از همه‌ی مواد ابررسانا می‌شوند. اغلب گفته می‌شود که خاصیت مغناطیسی غیرعادی این مواد دلیل ابررسانایی آن‌هاست.»

در این پژوهش، پژوهشگران بلورهای اکسید مس را با پرتوهای قوی نوترون بمباران کردند. نوترون‌ها خود دارای خاصیت مغناطیسی هستند و این گروه پژوهشی با بررسی دقیق چگونگی پراکنده شدن این ذرات از بلورها توانستند وجود امواج مغناطیسی دربرگیرنده‌ی اتم‌های اکسیژن را ثابت کنند.

گریون گفت: «ما معتقدیم که کشف ما پرتویی جدید در موضوع بحث‌برانگیز ابررسانایی برافروخته است.»

اطلاعات اضافی:

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به اصل مقاله مراجعه کنید.

لیتوگرافی با امواج بالاتر از فرابنفش (EUVL) که فرآیندی کلیدی در ساخت تراشه‌های با خصیصه‌های خیلی ظریف در دهه‌های آینده خواهد بود دارای نقاط ضعف زیادی است، اما به نظر می‌رسد که زمان آغاز به کار آن فرارسیده است. دلیل این ادعا چیست؟ ASML Holding، شرکتی هلندی که سازنده‌ی بیشترین تجهیزات لیتوگرافی در دنیا است، شش دستگاه غول‌پیکر EUVL را به شش مشتری جدا فروخته است، از جمله شرکت بزرگ ذوب فلز تولید نیمه‌هادی تایوان. این تولیدکنندگان تراشه از دستگاه NXE3100 شرکت ASML برای چاپ ریزترین خصیصه‌ها در مهترین لایه‌ها از تراشه‌های خود، استفاده خواهند کرد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، مهمترین مانع برای EUV در ده سال گذشته منبع نوری با شدت نور کافی بوده است که ساخت آن را تقریباً غیرممکن کرده بود. دو فن‌آوری برای چندین سال با یکدیگر در رقابت بوده‌اند تا بین مشتریان EUV جایی برای خود باز کنند. یکی از آن‌ها در اولین دستگاه‌ها به کار خواهد رفت که هم‌اکنون گزینه‌ی مناسبی برای مصارف تجاری است. اما در صورت درستی نظر برخی از کارشناسان، فن‌آوری دیگر در درازمدت پیروز خواهد شد.

دو فن‌آوری موردنظر، یکی پلاسمای تولیدشده با لیزر (LPP) و دیگری پلاسمای تولیدشده به روش تخلیه (DPP) است که هر دو نوری با طول موج 13.5 نانومتر تابش می‌کنند. منابع LPP، که فن‌آوری پیشرو کنونی هستند، توسط شرکت سایمر (Cymer) مستقر در سان‌دیگو و گیگافوتون (Gigaphoton) مستقر در ژاپن توسعه داده می‌شوند. منابع DPP نیز توسط اکستریم تکنالجیز (Xtreme Technologies)، مستقر در آخن آلمان، در روند توسعه قرار گرفته‌اند. این شرکت از زیرمجموعه‌های پیشین شرکت فیلیپس است که هم‎‌اکنون تحت تملک شرکت یوشیئو (Ushio)، غول روشنایی مستقر در توکیو است. به گفته‌ی ASML، بیشتر دستگاه‌های NXE3100 دارای منبع نور تولید شرکت سایمر خواهند بود.

منابع LPP توسط لیزر با انرژی بالا موجب ایجاد جریانی از سقوط قطرات ریز قلع می‌شوند. وقتی که الکترون‌های تحریک‌شده‌ی قلع با لیزر، به مدار طبیعی خود باز می‌گردند، فوتون‌هایی با طول موج EUV تابش می‌کنند. این فوتون‌ها مهار می‌شوند و در مسیری قیفی شکل قرار می‌گیرند که در نهایت موجب اتمام قراردهی تراشه‌نگاره روی ویفر می‌شوند. منابع نور DPPی تولید شرکت اکستریم متفاوت هستند. به جای سقوط قطرات کوچک قلع، جریانی از تخلیه‌های الکتریکی عمودی از میان بخار قلع ایجاد می‌شود که باعث تابش فوتون‌های 13.5 نانومتری می‌شود.

از لحاظ کمّی، به نظر می‌رسد که LPP به شکلی وسیع DPP را پشت سر می‌گذارد. توان نهایی احتمالی برای تولید انبوه EUV 250 وات است. (نور روشن‌تر زمان کمتری برای در معرض تابش قرارگرفتن ویفر می‌خواهد.) در ماه آوریل، شرکت گیگافوتون گزارشی داد مبنی بر اینکه نمونه‌های اولیه LPP شرکت مورد آزمایش قرار گرفته‌اند و توان 104 وات را تولید کرده‌اند. این دست‌آورد با فن‌آوری DPP شرکت اکستریم که تنها 34 وات تولید می‌کند، قابل مقایسه نیست.

این مسئله که ASML اعتقاد خود را به آن فن‌آوری ظاهراً درجه دوم نیز بیان کرده است، شگفت‌آور است. سخنگوی ASML گفت: «شانس آن هست که یکی از دستگاه‌های NXE3100 مجهز به منبع DPP باشد.» نورین هارند (Noreen Harned)، نایب‌رئیس بخش بازاریابی فن‌آوری ASML، می‌گوید که دستگاه‌های EUV آینده بدون منبع خواهند بود. دستگاه‌های NXE3300 که در سال 2012 ارائه می‌شوند، به مشتری این امکان را می‌دهند که به هر یک از منابع LPP یا DPP متصل شوند.

هارند گفت: دو شرکت تولیدکننده‌ی LPP و اکستریم «همگی ایده‌های معتبری دارند.» اگرچه، او تصدیق می‌کند که منابع اکستریم هم‌اکنون برای اسکنرهای ASML آماده نیستند، اما او بر این مسأله پافشاری دارد که شرکتش انتظار دارد که چنین شود. به گفته‌ی او، ASML از آنچه اکستریم برای افزایش خروجی دستگاه‌هایش انجام می‌دهد، آگاهی دارد: «ما فکر می‌کنیم که به آن دست خواهد یافت.»

چائوهای ژانگ، استاد مهندسی برق مؤسسه‌ی فن‌آوری هاربین در چین، که روی منابع DPP مطالعه کرده است، فکر می‌کند که این فن‌آوری به چیزی فراتر از این دست خواهد یافت. به نظر او DPP ممکن است در درازمدت LPP را به چهار دلیل پشت ‌سر بگذارد: DPP مصرف انرژی بهینه‌تری دارد، کوچک‌تر است، لیتوگرافی نوری تمیزتری ارائه می‌دهد، و طول عمر بالاتری دارد. به گفته‌ی مارک کورتوت (Marc Corthout)، رئیس اکستریم، به ازای تولید تعداد فوتون برابر، LPP به انرژی برق دیواری بیشتری نسبت به DPP احتیاج دارد. معماری DPP به گونه‌ای است که فضای کمتری را اشغال می‌کند که در میان تجهیزات EUV بسیار مطلوب است. در نهایت اکستریم مشکل شناخته‌شده‌ی عدم خلوص EUV را به وسیله‌ی تله‌ای کاهش می‌دهد که از کاتدپرانی (spattering) آینه‌ی جمع‌کننده توسط قطرات قلع (اثری که موجب تاریک شدن منبع نور می‌شود) جلوگیری می‌کند. به گفته‌ی او خلوص بیشتر موجب افزایش طول عمر DPP می‌شود.

نکته‌ی دیگر بنا بر گفته‌های کورتوت اینکه: اعداد گزارش‌شده به عنوان توان منابع که موجب شده‌است DPP نامطلوب به نظر برسد ممکن است گمراه کننده باشند. دست‌اندرکاران صنعت تصدیق می‌کنند که استاندارد مشخصی برای گزارش توان چنین سیستم‌هایی وجود ندارد. برای مثال، منبع 104 واتی گیگافوتون تنها در مدت کوتاهی چنین توانی را در خروجی تولید کرد. درحالی‌که DPP که با توان کمتری به نظر می‌رسد توان خروجی را به صورت پیوسته تولید می‌کند.

کورتوت مدعی است که قطعه‌ی لیتوگرافی با پرتو نوری پیوسته کارآمدتر است و از طرف دیگر سایمر با چنین ادعایی مخالف است، اما تا کنون اطلاعات محکمی در اثبات ادعای هر یک از طرفین موجود نیست.

به گفته‌ی هارند، پیش از پایان سال 2010، یکی از شش مشتری ASML ویفری با دستگاه NXE3100 خواهند ساخت. اکستریم تأمین کننده‌ی منبع نور نخواهد بود، اما اگر حق با کورتوت و ژانگ باشد در نهایت DPP پیروز خواهد شد.

اطلاعات اضافی:

[1]. برای توضیح تصویری نحوه‌ی لیتوگرافی DPP به این آدرس مراجعه کنید.

دانشمندان دانشگاه اُرگُن استیت (Oregon State University) موفق شدند یکی از مشکلات علوم مواد پایه را که از دهه‌ی 1960 برای دانشمندان حل نشده بود، برطرف کنند. این موفقیت می‌تواند موجب شکل‌گیری رویکرد نوینی در صنعت الکترونیک باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، این کشف که در نسخه‌ی آنلاین مجله‌ی Advanced Materials گزارش شده است، نحوه‌ی ایجاد اولین دیود «فلز-عایق-فلز» با کارآمدی بالا را ترسیم می‌کند.

بنا بر گفته‌ی داگلاس کِستلِر (Douglas Keszler)، استاد برجسته‌ی شیمی در OSU و یکی از محققان برجسته‌ی علم مواد، دیودهای طراحی شده‌ی قبلی با سایر روش‌ها، دارای نتیجه و کارآیی ضعیفی بودند و این تحقیقات نیز برای چند دهه بدون نتیجه ادامه داشت.

کستلر گفت: «این تغییری اساسی در ساخت محصولات الکترونیکی است که امکان ساخت سریع‌تر با حجم بالا وهزینه‌ی پایین‌تر را به همراه دارد. این روش، راهی اساسی برای از بین بردن محدودیت سرعت کنونی الکترون‌ها به هنگام عبور از مواد گوناگون است.»

بنا بر گفته‌ی مقامات رسمی این دانشگاه، درخواست ثبت اختراع این فن‌آوری داده شده است. در نهایت، ممکن است در اثر این پیشرفت، شرکت‌های جدید، صنایع و مشاغل فن‌بالایی نیز پدید آیند.

این تحقیقات در مرکز شیمی مواد سبز صورت گرفته و توسط بنیاد علوم ملی، آزمایشگاه تحقیقات نظامی و موسسه‌ی میکروفناوری‌ها و نانوعلوم ارگن حمایت شده است.

الکترونیک رایج بر اساس مواد با پایه‌ی سیلیکون است که توسط ترانزیستورها جریان عبور الکترون‌ها کنترل می‌شود. بنا بر گفته‌ی کارشناسان، اگرچه روش‌های کنونی سریع و تا حدودی ارزان هستند اما سرعت عبور الکترون از این مواد محدود است و با ظهور رایانه‌های سریع‌تر و محصولات پیچیده‌تری مثل نمایشگرهای کریستال مایع، فن‌آوری کنونی به مرزهای محدودیت خود نزدیک می‌شود.

در مقام مقایسه، یک دیود فلز-عایق-فلز (metal-insulator-metal) یا همان MIM کارکردی مشابه دیودهای معمولی دارد اما روش کار آن کاملاً متفاوت است. در این سیستم، این قطعه مثل یک ساندویچ است با عایقی میان دو لایه فلز در بالا و پایین آن. در کارکرد این قطعه، الکترون به شکل معمولی از درون عایق حرکت نمی‌کند بلکه از میان عایق تونل می‌زند و به‌صورت تقریباً آنی در طرف دیگر ظاهر می‌شود.

کستلر گفت: «زمانی که کار را بر روی توسعه‌ی مواد پیچیده‌تر برای صنعت نمایشگرها آغاز کردند، فهمیدند که آنچه آن‌ها نیاز داشتند این نوع از دیودهای MIM بود ولی از لحاظ عملی نتوانستند آن را بسازند. اما اکنون ما می‌توانیم و شاید بتوان آن را توسط گستره‌ای از فلزات ارزان و در دسترس مثل مس، نیکل یا آلومینیوم نیز طراحی کرد که در نهایت موجب سادگی، کاهش هزینه و آسان‌تر شدن ساخت آن خواهد شد.»

این یافته‌ها توسط محققان دپارتمان شیمی OSU، دانشکده‌ی مهندسی برق و علوم رایانه، و دانشکده‌ی مهندسی مکانیک وصنایع و ساخت صورت گرفته است.

در مطالعات اخیر، دانشمندان و مهندسان OSU با بهره‌گیری از «اتصال فلزی بی‌ریخت»، آن را به عنوان روشی برای حل مشکل بزرگ دیودهای MIM توصیف کرده‌اند. دیودهای ساخته شده در OSU دارای ویژگی ساخت در دمای پایین هستند و در آن‌ها از روش‌هایی استفاده شده است که به آن‌ها اجازه‌ی ساخت قطعات بر روی گستره‌ی زیادی از زیرلایه‌ها در سطحی وسیع را می‌دهند.

پژوهشگران OSU در سال‌های اخیر در برخی از پیشرفت‌های علم مواد از جمله الکترونیک شفاف پیشرو بوده‌اند. هم‌اکنون، این دانشمندان ابتدا کارهایی با این فن‌آوری جدید در نمایشگرهای الکترونیکی انجام خواهند داد اما به گفته آنان بسیاری از کاربردهای دیگر نیز ممکن هستند.

رایانه‌های با سرعت بالا و الکترونیکِ غیروابسته به ترانزیستور از جمله‌ی این مواردِ ممکن است. همچنین در دورنمای این مسیر فن‌آوری‌های مرتبط با «مهار انرژی» قرار دارند، مثل مهار انرژی خورشیدی بازتابشی شب‌هنگام که روشی برای تولید انرژی از زمین است وقتی که در حال سردشدن در شب است.

کستلر گفت: «مدت زمان زیادی است که همه چیزی فراتر از ویژگی‌های سیلیکون را طلب می‌کنند. این روش می‌تواند راهی برای ساده‌تر شدن چاپ مدارات الکترونیکی در مقیاسی گسترده و ارزان‌تر از روش کنونی باشد و هنگامی که چنین محصولاتی عرضه شوند افزایش سرعت کارکرد، بسیار عظیم خواهد بود.»

دانشمندان آزمایشگاه ملی بروخاون و آزمایشگاه ملی لوس آلاموس لایه‌های نازک شفافی ساخته‌اند که می‌توانند نور را جذب کنند و در طول ناحیه‌ی نسبتاً وسیعی بار الکتریکی تولید کنند. این ماده که در مجله‌ی Chemistry of Materials شرح داده شده است، می‌تواند در توسعه‌ی صفحه‌های خورشیدی شفاف یا حتی پنجره‌هایی به کار رود که می‌توانند انرژی خورشیدی را جذب و الکتریسیته تولید کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، این ماده از پلیمری نیمه‌رسانا تشکیل شده است که با فولرن (C60)های غنی از کربن ناخالص شده است. این ماده، تحت شرایط کاملاً کنترل‌شده‌ای، خودسامانی پیدا می‌کند و الگویی از سلول‌های شش‌گوش میکرونی را در طول ناحیه‌ی نسبتا وسیعی (حداکثر تا چند میلی‌متر) بازتولید می‌کند.

میرسیا کُتلت، محقق سرپرست و فیزیک‌شیمیدان مرکز نانومواد کاربردی (CFN) بروخاون، گفت: «اگرچه چنین لایه‌های نازک شانه‌عسل‌شکلی پیش از این با به‌کارگیری پلیمرهای رایجی مانند پلی‌استرن ساخته شده‌اند، این اولین بار است که ماده‌ای نیمه‌رساناها و فولرن‌ها را ترکیب می‌کند تا نور را جذب کنند و بار الکتریکی را با بازده بالا تولید کنند.»

علاوه بر این، این ماده کاملاً شفاف باقی می‌ماند چرا که حلقه‌های پلیمری تنها در لبه‌های شش‌گوش‌ها تراکم می‌یابند، و مقدار کمی به صورت کاملا نازک در طول مرکز‌ها گسترش می‌یابند. کتلت گفت: «لبه‌های متراکم به شدت نور را جذب می‌کنند و همچنین این امکان را دارند که هدایت الکتریسیته را آسان کنند. در حالی که مرکزها نور زیادی جذب نمی‌کنند و نسبتا شفاف هستند.»

ژیانگ زو، نویسنده‌ی همکار و محقق مواد در CFN، گفت: «ترکیب این خصیصه‌ها و دستیابی به الگویی در مقیاس بزرگ می‌تواند محدوده‌ی وسیعی از کاربردهای عملی را ایجاد کند، مثل پنجره‌های خورشیدی انرژی‌زا، صفحه‌های خورشیدی شفاف، و انواع جدیدی از نمایشگرهای نوری.»

کتلت گفت: «خانه‌ای را تصور کنید با پنجره‌هایی که از این نوع ماده ساخته شده‌اند، و با پشت‌بامی خورشیدی ترکیب شده است، هزینه‌های برق به‌طورقابل‌توجهی کاهش پیدا خواهد کرد. این تصور بسیار هیجان‌انگیز است.»

دانشمندان لایه‌های نازک شانه‌عسلی را با ایجاد جریانی از قطره‌های میکرومتری آب ساختند. این قطره‌ها روی لایه‌ی نازکی از محلول ترکیب پلیمر/فولرن جریان می‌یابند و خود را درون محلول پلیمر در قالب صف‌هایی طولانی سامان می‌دهند. همچنان که حلال تبخیر می‌شود، پلیمر نیز الگوی شانه‌عسلی شش‌گوشی را در طول ناحیه‌ای وسیع شکل می‌دهد.

زو گفت: «این روش بسیار مقرون‌به‌صرفه است، و این ظرفیت را دارد که از مرحله‌ی آزمایشگاهی به تولید صنعتی برسد.»

دانشمندان با به‌کارگیری روش‌های مختلف میکروسکوپی الکترونی و کاوشگر پویشی، یکنواختی ساختار شانه‌عسلی را مورد بررسی قرار دادند، و با به‌کارگیری میکروسکوپ فلوئورسنس هم‌کانون، ویژگی‌های نوری و تولید بار الکتریکی را در بخش‌های مختلف این ساختار شانه‌عسلی (لبه‌ها، مرکزها، و گره‌ها که سلول‌های مجزا را به هم متصل می‌کنند) آزمایش کردند.

همچنین، دانشمندان دریافتند که درجه‌ی تراکم پلیمر بستگی به سرعت تبخیر حلال دارد، که آن هم به نوبه‌ی خود سرعت انتقال بار الکتریکی در ماده را مشخص می‌کند.

کتلت گفت: «هر چه حلال کندتر تبخیر شود، پلیمر سفت‌وسخت‌تر قرار می‌گیرد، و انتقال بار الکتریکی نیز بهتر می‌شود.»

این دانشمند اضافه کرد: «کار ما فهم عمیق‌تری از ویژگی‌های نوری ساختار شانه‌عسلی ایجاد کرد. گام بعدی به‌کارگیری این لایه‌های نازک شانه‌عسلی برای ساخت سلول‌های خورشیدی ارگانیک انعطاف‌پذیر و شفاف و دیگر قطعه‌ها خواهد بود.»

موادی که ابررسانا می‌شوند باید حداقل یکی از ویژگی‌های طبیعی خود را قربانی کنند تا به توانایی انتقال جریان الکتریکی با مقاومت صفر برسند. گروهی از پژوهشگران در منبع نور سنکروترون ملی (NSLS) و مرکز نانومواد کاربردی بروخاون (CFN)، این کشمکش درونی را در گروهی از مواد ابررسانای بر پایه‌ی آهن کشف کردند. از این مواد می‌توان در کاربردهایی مانند ذخیره‌ی انرژی در خطوط انتقال برق پربازده بهره برد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، در حال حاضر مواد بر پایه‌ی آهن که موضوع نسبتاً جدیدی در زمینه‌ی ابررسانایی هستند، به دلیل انتقال الکترون بدون اصطکاک در دماهای بالا (بالاتر از حدود 50 کلوین یا 190- درجه‌ی سانتی‌گراد) شهرت دارند.

روبرت کاوا، پژوهشگر دانشگاه پرینستون، گفت: «ابررساناهای بر پایه‌ی آهن در بین مواد دارای بالاترین دمای تبدیل، رتبه‌ی دوم را دارند؛ ویژگی‌ای که برای استفاده از آن‌ها در کاربردهای عملی بسیار مهم است. در حال حاضر، پژوهش بر روی این مواد از تمامی جنبه‌ها در حال انجام است. وظیفه‌ی ما این است که بدانیم چرا ابررسانایی در این مواد در بالاترین مرتبه قرار دارد.»

کاوا و گروهی از پژوهشگران از پرینستون، دانشگاه استونی بروک، بروخاون و دانشگاه یوهانز گوتنبرگ آلمان، پژوهش‌های خود را بر روی ماده‌ای خاص متمرکز کردند که متشکل از لایه‌های آهن و سلنیوم است و سلنید آهن نام دارد. در سال‌های اخیر، دانشمندان جنبه‌های بی‌شماری از فیزیک بنیادی ابررساناهای بر پایه‌ی‌ آهن را کشف کرده‌اند و اغلب از طریق برقراری ارتباط با ساختار ماده یا خاصیت مغناطیسی ذاتی آن موفق به انجام این کار شده‌اند، اما رابطه‌ی دقیق این خاصیت‌ها نامشخص مانده بود.

کاوا ادامه داد: «ابررسانایی باید در یک نبرد کشمکشانه بین ویژگی‌های فیزیکی مختلف پیروز شود تا به وجود آید. جامعه‌ی پژوهشگران دریافتند که مغناطیس با ابررسانایی، در ابررساناهای بر پایه‌ی آهن به رقابت می‌پردازد اما کسی ایده‌ی خوبی ندارد که چگونه ساختار بلوری وارد رقابت می‌شود.»

گروه کاوا ساختار ابررسانا و غیرابررسانای سلنید آهن را با استفاده از دو ابزار مختلف مقایسه کرد: پرتوهای قدرتمند اشعه‌ی ایکس در NSLS و دسته‌ای از میکروسکوپ‌های پیشرفته در CFN. پژوهشگران در پرتوخط X16C در NSLS با استفاده از پراش پودر اشعه‌ی ایکس سینکروترون، تصاویری لحظه‌ای از این مواد در مقیاس چندصد نانومتر گرفتند. آن‌ها این داده‌ها را با تصاویر گرفته‌شده با میکروسکوپ الکترونی و پراش الکترونی ترکیب کردند که این کار وضوح تصویر را نسبت به روش اشعه‌ی ایکس بالاتر برد.

کاوا افزود: «ما به هر دوی این روش‌های پیچیده برای درک دقیق آنچه رخ می‌دهد، نیاز داشتیم.» هر چند، این یافته‌ها آن صحتی را که انتظار می‌رفت، نداشت.

در خلال نتایج این پژوهش که در نسخه‌ی 31 جولای 2009 مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شد، این گروه نشان دادند که ترکیب ابررسانای سلنید آهن از ترکیب غیرابررسانای آن، با تغییری در ساختار آن قابل‌تشخیص است. ابررسانا توان خود را از طریق ایجاد «اعوجاج» ساختاری بسیار کمی به دست می‌آورد و غیرابررسانا ساختار خود را با قدرت حفظ می‌کند.

همچنین این پژوهشگران نشان دادند که این تغییر ساختاری منحصربه‌فرد، همان‌طور که در گذشته فرض شده بود، ارتباطی با مغناطیس ندارد. پیوند اساسی این ماده (پیوند بین اتم‌ها) به همان شکل باقی می‌ماند در حالی که زاویه‌ی بین پیوندها تغییر می‌کند. این زاویه‌ها تنها چند درجه تغییر می‌کنند، یعنی، تا حدی که ابررسانایی شکل بگیرد. اما آنچه شگفت‌انگیز است این است که در حقیقیت این تغییر ساختاری در هر دو شکل ابررسانا و غیرابررسانای ماده وجود دارد، منتها در مقیاس‌های متفاوت و با اثرات متفاوت.

کاوا در این باره گفت: «این اعوجاج در ماده‌ی غیرابررسانا نیز یافت می‌شود اما تنها در طول ده‌ها اتم. این اعوجاج در ماده‌ی ابررسانا در فواصل بسیار طولانی حضور دارد. این جزییات پوشیده بود، تا زمانی که ما توانستیم به این مواد از نزدیک نگاه کنیم. اکنون، چالش بر سر یافتن این است که ساختاری بلوری در چه فاصله‌ای باید دچار اعوجاج شود تا ویژگی‌های خود را تحت تاثیر قرار دهد.»

در گام بعدی، گروه کاوا تلاش خواهند کرد رابطه‌ی ساختار و ابررسانایی را در سایر مواد بر پایه‌ی آهن مشخص کنند.

کاوا گفت: « امیدواریم با نشان دادن این مثال واضح به جامعه‌ی علمی، الهام‌بخش آنان برای تفکر درباره‌ی کنترل این تبدیل فاز باشیم.»

پژوهشگران دانشگاه هاروارد یک قدم فراتر از نگاشت نانوسیم‌های ساده با لیتوگرافی یخی گذاشته‌اند و توانسته‌اند نانوقطعه‌های پیچیده‌تری ایجاد کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از نانووِرک، در سال 2005، پژوهشگران هاروارد نشان دادند که نانوساختارها می‌توانند با به‌کارگیری اشعه‌های یونی یا الکترونی متمرکز روی لایه‌های نازک و پایدار یخ آب نگاشته شوند که این یخ روی سیلیکون کشت داده می‌شود (نگاشت نانومتری با یخ). این پژوهشگران لیتوگرافی یخ را به عنوان روش لیتوگرافیکی برای نگاشت سیم‌های فلزی در ابعاد زیر 20 نانومتر ارائه دادند.

آنچه در باره‌ی این روش جالب است این است که نگاشت با یخِ هر گازِ چگالیده‌ای فرآیند عملی و سرراستی است. عایق (resist) یخی نیاز به هیچ چرخش یا پختی ندارد. تمام مراحل تولید و نگاشت می‌تواند در محفظه‌ی خالی مجزایی اتفاق بیفتد و با کیفیت بالایی مورد نظارت قرار گیرد. برداشت نهایی عایق کمترین پسماند را به جا می‌گذارد. نیازی به حلال‌های مضر به محیط زیست نیست و برداشت کاملاً خشکِ لایه‌ی یخ با استفاده از تصعید در-جا (in situ) انجام می‌شود. همچنین، لیتوگرافی یخ این امکان را می‌دهد که بتوان تغییر و تبدیل‌هایی شیمیایی را در سیلیکون و دیگر مواد نانونگاشت.

این گروه در نسخه‌ی آنلاین شماره‌ی یک نوامبر 2010 مجله‌ی Nano Letters (لیتوگرافی یخ برای نانوقطعه‌ها) طی گزارشی خبر از کاربرد موفقیت‌آمیز لیتوگرافی یخ در ساخت قطعه‌های نانومقیاس داده است.

دانیل برانتون از اعضای گروه نانوپور هاروارد گفت: «ما از فن‌آوری لیتوگرافی یخ خودمان برای ساخت نانوقطعه‌ها بهره برده‌ایم، که شامل مجموعه‌ چالش‌هایی متفاوت از ساختارهای ساده‌ای مانند نانوسیم‌ها می‌شد که پیش از این ساخته شده بودند. ما مطمئن نبودیم که واقعا بتوانیم نانوقطعه‌ها را بسازیم. ما به این دلیل در این راه تلاش کردیم که می‌خواستیم مشکلات آلایندگی موجود در هنگام ساخت نانوقطعه‌ها برای ترتیب‌دهی DNA را حل کنیم.»

در این کار نو، آن‌ها از لیتوگرافی یخ برای ساخت نانوقطعه‌هایی با نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره (SWCNT) استفاده کردند.

آنپان هان، نویسنده‌ی اول این مقاله، گفت: «امروزه، ساخت نانوقطعه‌ها فرآیند بسیار کسل‌کننده و پرخطایی است که شامل بسیاری از فرآیندها و ماشین‌های متفاوت می‌شود. ما نشان دادیم که به‌کارگیری یخ به عنوان عایق این امکان را می‌دهد که نانوقطعه‌ها را به‌سرعت بسازیم و همچنین عمل کنترل کیفیت را در میانه‌ی کار انجام دهیم. اگر این روش به‌کار گرفته شود، داده‌ها و ساختارهای مطمئن‌تری در دست خواهد بود.»

آنچه این روش جدید را برای کاربردهای عملی جالب می‌کند این است که نوید افزایش کاربردهای نانوقطعه‌های CNT را می‌دهد.

هان اضافه می‌کند که تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) از درون یخ این امکان را می‌دهد که محل CNTها بدون خسارت یا آلایشی نقشه‌برداری شوند؛ CNTهایی که با به‌کارگیری روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) به‌طور تصادفی در محل‌های مختلف کشت داده شده‌اند.

هان در این باره گفت: «اگرچه معمولا گفته نمی‌شود، میان متخصصان مشهور است که نانولوله‌ها با نقشه‌برداری مکانشان توسط میکروسکوپی الکترونی آلوده می‌شوند یا خسارت می‌بینند. برای جلوگیری از خسارت یا آلایش، CNTها اغلب با میکروسکوپ‌های نیروی اتمی (AFM) نقشه‌برداری می‌شوند. اما AFM بی‌نهایت کند است. نقشه‌برداری SEM درون یخ بسیار سریع‌تر است و می‌تواند به‌طورخودکار انجام شود.»

دیگر جنبه‌ی مهم لیتوگرافی یخ این است که آب در مقایسه با عایق‌های پلیمری نوظهور هیچ آلایشی از خود باقی نمی‌گذارد. اصطلاح تخصصی صنعت نیمه‌هادی «scum یا تفاله» همان پسماند عایق است که اغلب کمتر از یک یا دو نانومتر ضخامت دارد.

هان گفت: «در حالت معمول، تفاله توسط پلاسمای اکسیژن کوتاهی برطرف می‌شود که شوربختانه نانوجزهای مبتنی بر کربن را نیز از بین می‌برد. یک نانومتر از تفاله کافی است برای پوشاندن جزیی نانولوله‌های کربنی و پوشاندن کامل لایه‌ی مجزایی از گرافین که کمتر از 1 نانومتر ضخامت دارد. نشان داده شده است که ویژگی‌های نانوقطعه‌ها توسط این آلاینده‌ها به شدت تحت تاثیر قرار می‌گیرند. بنابراین، ما اعتقاد داریم که لیتوگرافی یخی در کل کیفیت نانوقطعه‌ها را بهبود خواهد بخشید.»

حالا که این گروه با حرکت از نگاشت نانوسیم‌های ساده به نگاشت نانوقطعه‌های پیچیده‌تر رسیده‌اند و از آن عبور کرده‌اند، گام‌های دیگری را پیش روی خود می‌بینند؛ گام‌هایی مانند ساخت قطعه‌های گرافینی و نانوی سه بعدی. همچنین، گام دیگری که می‌تواند به موازات دیگر کارها پیش رود، افزودن کارکردها و فن‌آوری‌های دیگری مانند خوشه‌های چاپی است که کاربرد لیتوگرافی یخی را گسترش خواهد داد.

اما شاید مهم‌ترین گام همان چیزی است که برانتون اشاره می‌کند: «در نهایت، ما نیاز داریم که به فهم عمیق‌تری از مکانیزم لیتوگرافی یخی دست یابیم، چیزی که ما هنوز در باره‌ی آن بسیار کم می‌دانیم.»

خط سیر تکامل رایانه‌های کنونی به انتهای خود خواهد ‌‌رسید. کارشناسانِ حاضر در سمپوزیوم بین‌المللی الکترونیک کم‌توان و طراحی عقیده دارند که نگرانی‌های موجود درباره‌ی مصرف توان موجب شده است محاسبات رایانه‌ای به سوی فلسفه‌ی طراحی ویژه‌ای بروند. در این نوع طراحی، خطاها هم اجازه‌ی وقوع دارند و هم نادیده گرفته می‌شوند، یا تنها در صورت ضرورت اصلاح می‌شوند. برآمدهای احتمالی جایگزینِ حالت قطعی پردازش داده خواهند شد؛ حالتی که در نیم قرن اخیر رواج داشته است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، نارِش شانبهاگ، استاد دانشکده‌ی مهندسی برق و رایانه‌ی دانشگاه ایلینویز در اوربانا-کمپین، از مفهوم محاسبات رایانه‌ای منعطف-خطا (یا محاسبات رایانه‌ای احتمالی) با نام رسمی‌ترِ پردازش اتفاقی (stochastic processing) یاد می‌کند. نام آن هر چه باشد، به گفته‌ی شانبهاگ، روشِ آن این‌گونه نیست که خطاها به محض تشخیص به‌طور خودکار طی چرخه‌ای برگردانده و اصلاح شوند؛ چرا که، این کار مستلزم مصرف توان است. او گفت: «اگر برنامه‌ی موردنظر به گونه‌ای باشد که ‌بتواند خطاهای کوچک را تحمل کند، اجازه می‌دهیم تا آن‌ خطاها اتفاق بیفتند. بسته به برنامه، تعداد خطاها را با به‌کارگیری روش‌های الگوریتمی یا مداری، زیر مقدار آستانه‌ی تحمل نگه می‌داریم.» برای بسیاری از برنامه‌ها مانند پردازش گرافیک یا استنتاج حجم عظیمی از داده‌ها، تعداد قابل‌قبولی از خطاها تاثیری اساسی‌ روی کیفیت نتایج نمی‌گذارد. در کل در اغلب تصاویر، چشم شما متوجه وجود یک پیکسل بد نخواهد شد.

به عبارتی این گرایش نویافته به سمت خطاها، نوعی توافق کارکردگرایانه با واقعیتی جدید است. هر چه ابعاد ترانزیستور شکسته می‌شود، نوسانات جزئی در الگوهای مداری و در ترکیب خودِ سیلیکون تاثیر قابل‌توجه‌تری دارند. به ویژه در حال حاضر تعداد مولکول‌های ناخالص در ترانزیستور -ویژگی ‌کلیدی آن در توانایی هدایت جریان- آن‌قدر کم است که کمی بیشتر یا کمی کمتر از آن تفاوت قابل‌ملاحظه‌ای را ایجاد می‌کند و ناهنجاری‌های طبیعی ساختارهای ترانزیستوری در مقایسه با اندازه‌ی ترانزیستورها به‌قدر کافی بزرگ است تا از کارکرد آن‌ها جلوگیری کند. به گفته‌ی کِوین نوکا، مدیر برنامه‌ی پژوهشی مرکز مطالعات پیشرفته‌ی آستین IBM، طراحان تراشه‌های نسل آینده حتی مجبورند با نوسانات چنین مشخصه‌هایی که در ظاهر غیرقابل‌کنترل هستند مبازره کنند، از جمله مشخصه‌هایی مانند اندازه‌ی دانه‌های فلزی گیت ترانزیستورها.

نتیجه‌ی تمام این نوسانات این است که ولتاژ آستانه -ولتاژی که ترانزیستور در آن از خاموش به روشن کلید می‌زند- از یک قطعه به قطعه‌ی دیگر متفاوت خواهد بود. بنابراین، در ولتاژهای پایین و فرکانس‌های کلیدزنی بالا که در پردازنده‌های کم‌توان امروزی مورد نیاز است، این نوع از نوسان معنایی ندارد جز خطا و اشتباه.

هم‌اکنون، چندین پردازنده‌ی آزمایشی در حال آماده‌سازی هستند. گروه شانبهاگ پردازش اتفاقی را در گیرنده‌ای بی‌سیم به‌کار برده‌اند. آن‌ها الگوریتم و مدارهایی اتفاقی‌ برای ساخت فیلتری به‌کار برده‌اند که نسبت به فیلترهای رایج، توان بسیار کمتری را مصرف می‌کند و در سطوح خطای مشابهی کار می‌کند.

گروهی در اوربانا-کمپین به رهبری استادیار راکِش کومار و گروهی در استنفورد به رهبری استادیار سوبهاسیش میترا در حال توسعه‌ی معماری‌های پردازنده‌ی منعطف-خطا هستند. به گفته‌ی کومار، پروژه‌ی او که سازمان محاسبات رایانه‌ای اتفاقی نوسان-آگاه (VASCO) نام دارد، خطاها را از راه روش‌های مبتنی بر معماری و طراحی مدیریت می‌کند. در VASCO، پردازنده شامل یک هسته‌ی با قابلیت اطمینان بالاست که خطاها در آن اصلاح می‌شوند. آن هسته بر کار شماری از هسته‌های کم‌توان و مستعدتر برای خطا نظارت می‌کند و آن هسته‌ها نیز به نوبه‌ی خود توده‌ای از محاسبات رایانه‌ای را انجام می‌دهند. به گفته‌ی او، در مجموع، این طرح با بهره‌گیری از «اصلاح آسوده» مصرف توان را کاهش می‌دهد.

به گفته‌ی جان رابائِی، پژوهشگر مرکز پژوهش سیستم‌های گیگامقیاس چنددانشگاهی، با مرکزیت دانشگاه کالیفرنیا برکلی، رایانه‌های منعطف-خطا شاید 6 تا 10 سال بعد رواج یابند. اما رابائِی پیش‌بینی می‌کند، هر چه نوسانات بدتر شوند و مصرف توان موجب نگرانی‌های بیشتری در صنعت شود، سیستم‌های منعطف-خطا حضور بیشتر و محکم‌تری خواهند داشت؛ از ابررایانه‌های بزرگ‌مقیاس گرفته تا تلفن‌های هوشمند کوچک.

رابائِی گفت: «محاسبات رایانه‌ای احتمالی غیرقابل‌اجتناب است. ما باید نگاه ویژه‌ای به چگونگی مدیریت خطاها داشته باشیم؛ به‌ویژه، هر چه بیشتر ابعاد تراشه را به سطوحی کاهش ‌دهیم که در آن‌ها نوسان اتفاق می‌افتد». به گفته‌ی او، این تنها راهی‌ست که او برای ادامه‌ی حیات قانون مور می‌شناسد.

کارلو بیناکر گفت: "ابررسانایی کایرال، رویای بشر است. دانشمندان از تمامی رشته‌ها در حال کار بر روی آن هستند و آزمایشگاه‌های زیادی در حال تلاش برای ساخت موادی هستند که پیشبینی شده است قادرند ابررسانایی کایرال موج p ایجاد کنند."

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، بیناکر دانشمندی از موسسه‌ی لورنتز در دانشگاه لِیدن هلند است. بیناکر به همراه سِربان، بِری و آخمروف عضو گروهی هستند که آزمونی ارائه داده است که می‌توان به وسیله‌ی آن مشخص کرد یک ماده، ملزومات ابررسانایی کایرال موج p را برآورده می‌کند یا نه. کارکرد این گروه در مجله‌ی Physical Review Letters تحت عنوان "دیوار حوزه‌ای در ابررسانای کایرال موج p: گذرگاهی برای جریان الکتریکی" شرح داده شده است.

بیناکر افزود: "تمامی تلاش‌ها برای ساخت ابررسانای کایرال است که در آن انتقال به جای دو جهت در یک جهت است. این ابررسانا الکترون‌هایی دارد که تنها در یک جهت حرکت می‌کنند. این رخداد در اثر هال کوانتومی دیده شده است و دانشمندان به دنبال سیستم‌هایی هستند که ویژگی‌های مشابهی از حرکت الکترون‌ها در یک جهت و بدون مقاومت از خود نشان دهند."

در حال حاضر، انتقال کایرال در یک ابررسانا به سختی قابل تشخیص است. در حالی که بسیاری از آزمایشگاه‌ها و دانشمندان در حال کار با مواد مختلف هستند تا انتقال کایرال در یک ابررسانا ایجاد کنند، چالش‌هایی برای تشخیص زمان انجام آن وجود دارد. این جایی است که بیناکر و همکارانش به همراه آزمون خود وارد می‌شوند. بیناکر گفت: "ما آزمونی برای بررسی ساخت ابررسانای کایرال موج p پیشنهاد دادیم."

این آزمون در ابتدا با اتصال یک سیم به سرهای مقابل هم در دیوار حوزه‌ای ماده آغاز می‌شود. بیناکر ادامه داد: "در مرحله‌ی بعد، ولتاژی اعمال می‌کنیم تا ببینیم که آیا می‌توان جریانی از یک سو به سوی دیگر ارسال کرد. سپس، ولتاژ را معکوس می‌کنیم تا ببینیم که جریان در جهت مخالف جاری می‌شود یا نه. با این روش پی می‌بریم که جریان در یک جهت است یا نه."

این آزمون گامی است در تلاش به سوی توسعه‌ی ابررساناهایی که می‌توانند برای کاربردهای گوناگون در آینده به کار گرفته شوند. بیناکر شرح داد: "ما نظریه‌پرداز هستیم و ایده‌هایی می‌دهیم که می‌توانند در آزمایش‌ها مفید باشند. این آزمون می‌تواند در توسعه‌ی فن‌آوری ابررساناها در آینده به کار گرفته شود. ممکن است یک گروه مدعی شود که یک ابررسانای کایرال ساخته است، در این صورت، این گروه می‌تواند با استفاده از این آزمون تشخیص دهد که آن ابررسانا کایرال است یا خیر. این آزمون، شیوه‌ای برای بررسی خاصیت کایرالی ارائه داده است که تاکنون میسر نبود."

بیناکر کار این گروه هلندی را به‌ویژه از این جهت هیجان‌انگیز دانست که می‌تواند منجر به شیوه‌های مختلفی برای ساخت رایانه‌های کوانتومی شود. او در این باره گفت: "ابررساناهای کایرال موج p در میان موادی قرار دارند که می‌توانند در ساخت ابررایانه‌ها مورد استفاده قرار گیرند. توانایی یافتن این مواد در پیش‍‌رفت محاسبات کوانتومی بسیار مفید خواهد بود. اگر ابررساناهای موج p واقعاً وجود داشته باشند و ما بتوانیم آن‌ها را در آزمایشگاه قابل‌دسترس سازیم و تقویت کنیم، می‌تواند گامی مهم به سوی پایه‌ریزی عناصر سازنده‌ی محاسبات کوانتومی باشد."

شرکت IBM از آغاز پروژه‌ی تحقیقاتی جدیدی با نام استیپِر (Steeper) خبر داده است که قرار است بهره‌وری انرژی وسایل الکترونیکی را 10 برابر کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، اتحادیه‌ی اروپا این پروژه را تامین مالی کرده است و IBM، Ecole Polytechnique Federale de Lausanne، و موسسه‌های دیگری آن را انجام خواهند داد. در این پروژه از نانوفن‌آوری برای حل مشکلی جهانی استفاده خواهد شد: افزایش شدید تقاضای توان که دستگاه‌های الکترونیکی ما طلب می‌کنند.

هدف نهایی این است که ولتاژ کار دستگاه‌های قابل‌حمل مانند لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌هوشمندها به کمتر از نیم ولت برسد، عددی کمتر از آنچه تاکنون دست یافته شده است. چنانچه این موضوع به اندازه‌ی کافی رضایت‌بخش نبود، این گروه‌ها بر موضوع «مکش توان خون‌آشامانه» تمرکز خواهند کرد، که به‌طور هیجان‌انگیزی در نمودار طراحی‌شده توسط IBM به نمایش درآمده است:

این نمودار به‌خوبی نشان می‌دهد که هر یک از وسایل مصرفی ما در حالت خاموشی ناکامل مقداری توان مصرف می‌کنند. به ادعای IBM هر خانه‌ی امریکایی حدود 40 محصول دارد که به‌طور پیوسته در حال کشیدن توان هستند. جمع این انرژی شبح‌وار برابر با 10 درصد صورت‌حساب برق خانه‌ی شما خواهد شد. به گفته‌ی آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، پانزده درصد از مصرف توان خانگی متعلق به دستگاه‌های الکترونیکی است که نیاز آن‌ها به انرژی تا سال 2030 سه برابر خواهد شد.

مشکل مکش توان از جانب دستگاه‌هایی ایجاد می‌شود که متصل به برق هستند اما در واقع کاری انجام نمی‌دهند. برای حل این مشکل، این پروژه بر روی ترانزیستورهای اثر میدان تونلی، یا TFETها، و نانوسیم‌های نیمه‌رسانا تحقیق خواهد کرد. هر دوی این فن‌آوری‌ها نوید پیشرفت‌های بزرگی را در بهره‌وری مدارهای الکترونیکی می‌دهند.

پروفسور آدریان لونسکو از آزمایشگاه نانولب در EPFL که هماهنگی این پروژه را بر عهده دارد، گفت: «نگرش ما این است که این تحقیق را به اشتراک بگذاریم تا تولیدکنندگان بتوانند آن هدف مقدس نهایی را در الکترونیک به اجرا درآورند؛ رایانه‌ای که در حالت خواب (sleep) انرژی ناچیزی مصرف کند، که ما نام آن را می‌گذاریم رایانه‌ی صفر-وات.»

دکتر هِیک رایل، سرپرست گروه الکترونیک نانومقیاس در بخش تحقیقاتی زوریخ IBM، در مورد فن‌آوری‌های به‌کاررفته در پروژه‌ی استیپر گفت: «با به‌کارگیری تحقیقات اشتراکیمان در زمینه‌ی TFETهای دارای نانوسیم‌های نیمه‎رسانا، قصد داریم مصرف توان بلوک‌های سازنده‌ی اولیه‌ی مدارهای مجتمع را به‌طورقابل‌توجهی کاهش دهیم که از کوچک‌ترین الکترونیک مصرفی تا عظیم‌ترین ابررساناها را تحت تاثیر قرار خواهد داد.»

زمان لازم برای اجرای این پروژه که از ماه ژوئن آغاز شده است، حدود 36 ماه در نظر گرفته شده است، که پس از این زمان همه امیدوارند مشکل مکش توان از بین برود.

گروهی پژوهشی در ریکن، شناخته‌شده‌ترین سازمان پژوهشی ژاپن، سازوکار اساسی تشکیل جفت الکترون‌ها در ابررساناهای دمابالای بر پایه‌ی آهن را به صورت تجربی مشخص کردند. این یافته‌ که در شماره‌ی 23 ماه آوریل مجله‌ی Science منتشر شد، نقش کلیدی مغناطیس در ابررسانایی را برجسته می‌کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، در نظریه‌ی کلاسیک، ابررسانایی زمانی رخ می‌دهد که دو الکترون در اثر نوسانات شبکه‌ای به یک‌دیگر می‌پیوندند و تشکیل یک جفت به نام جفت کوپر می‌دهند. این ساز-و-کار جفت شدن، در ابررساناهای دمابالا برقرار نیست. دمای تبدیل در ابررساناهای دمابالا به بالاتر از حد نظری که حدود 40 درجه‌ی کلوین است، می‌رسد که این به عنوان معمایی در فیزیک ماده‌ی چگال مطرح است.

ابررساناهای بر پایه‌ی آهن که توسط این گروه پژوهشی مورد بررسی قرار گرفتند، و اولین بار در سال 2008 توسط پژوهشگران ژاپنی کشف شدند، بیشترین شانس را برای حل این مشکل دارند. این ابررساناها که دارای دمای تبدیل 55 درجه‌ی کلوین هستند، از ساز-و-کار جفت شدن الکترون تبعیت می‌کنند. این ساز-و-کار با ابررساناهای اولیه که در میان نوسانات شبکه‌ای قرار گرفته‌اند و بر پایه‌ی دو نوع الکترون با ممان‌های مختلف هستند، متفاوت است.

برای تحلیل این ساز-و-کار پیچیده‌ی جفت شدن، پژوهشگران از میکروسکوپ روبشیِ تونلی در جفت شدن الکترون‌های Fe(Se, Te) استفاده کردند که یک ابررسانای بر پایه‌ی آهن است وساده‌ترین ساختار بلوری را دارد. این پژوهشگران با تصویربرداری از موج‌های ایستای الکترونیکی تولیدشده توسط تداخل پاشا (scattering interference) تحت میدان مغناطیسی قوی 10 تسلا دریافتند که جفت‌های کوپر، مشخصه‌ی ساختار «موج s±» را به خود می‌گیرند که این ساختار منحصر به مواد دارای دو نوع الکترون است.

کشف ساختار موج s± با تکیه بر ساز-و-کار جفت شدن الکترونی که بر خلاف سایر اشکال ابررسانایی بر پایه‌ی نوسانات شبکه‌ای نیست و متکی به مغناطیس است، موجب کشف راه‌های جدید شده است. این یافته با اعمال محدودیتی قوی در مدل‌های نظری، نمایانگر پیشرفتی بزرگ به سوی حل معمای ابررسانایی دمابالا ست.

امروزه باتری‌های لیتیمی در اغلب وسایل الکترونیکی مصرفی، از تغذیه‌ی لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه گرفته تا آی‌پادها، به‌کار می‌روند. موسسه‌ی DARPA در حال سرمایه‌گذاری بر روی تحقیقاتی است که سعی دارد محدودیت‌های این فن‌آوری را از میان بردارد و ریزترین باتری حاضر در جهان را بسازد؛ باتری‌ای که کوچک‌تر از یک دانه‌‌ی شن خواهد بود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، این وسایل ذخیره‌ی انرژی ریز می‌توانند روزی برای تغذیه‌ی اجزای الکترونیکی و مکانیکی در ابعاد میکرو تا نانو به کار روند.

جِین چانگ، یکی از مهندسان دانشگاه کالیفرنیا لوس‌آنجلس، در حال طراحی یک جز از این باتری‌ها ست: الکترولیتی که به بارها این امکان را می‌دهد تا بین الکترودها جریان یابند. خانم چانگ نتایج کار خود را در پنجاه‌و‌هفتمین سمپوزیوم و نمایشگاه بین‌المللی AVS ارائه داد که اخیراً در نیومکزیکو برگزار شد.

چانگ گفت: «ما سعی داریم به چگالی توان و چگالی انرژی یکسان با باتری‌های لیتیومی رایج دست یابیم، منتها لازم است که آن‌ها را با مساحت بسیار کوچک‌تری بسازیم.»

برای این منظور، چانگ با همکاری بروس دون دیگر محقق UCLA، هر سه بعد را در نظر دارد. او میکرو-ستون‌ها یا نانوسیم‌های مرتب را با الکترولیت، ماده‌ی رسانایی که امکان جاری شدن جریان را در باتری فراهم می‌کند، می‌پوشاند. ترتیب این نانوسیم‌ها به گونه‌ای است که نسبت سطح به حجم، و در نتیجه، چگالی انرژی پتانسیل بیشینه شود.

این محقق با به‌کارگیری روش رسوب لایه‌ی اتمی موفق شده است که الکترولیت جامد آلومینوسیلیکات لیتیوم را بر روی این نانومواد قرار دهد. روش رسوب لایه‌ی اتمی، فرایند کند اما دقیقی است که هنگام پاشیدن ماده بر روی یک سطح، اجازه می‌دهد لایه‌هایی با ضخامت تنها یک اتم شکل بگیرد.

این تحقیق هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. دیگر اجزای این میکروباتری‌های سه‌بعدی، مانند الکترودها، نیز توسعه داده شده‌اند، منتها هنوز رویِ هم سوار و مجتمع نشده‌اند تا باتریِ آماده‌به‌کاری را بسازند.

گروهی از فیزیکدانان امریکایی و چینی اثرات بحرانی موجود در آخرین ابررساناهای دمابالای کشف شده را از بین بردند، اما، برای این کار از مواد دیگری استفاده کردند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، در پژوهش جدیدی که در مجله‌ی برخط Physical Review Letters منتشر شده است، گروهی به سرپرستی دانشگاه رایس شواهد جدیدی درباره‌ی ویژگی‌های کوانتومی آخرین دسته از ابررساناهای دمابالا، خانواده‌ای از ترکیبات بر پایه‌ی آهن به نام نیکتایدها (pnictides) ارائه دادند.

کیمیائو سی، فیزیکدان دانشگاه رایس، گفت: «در سیستم‌های الکترون هم‌بسته مثل نیکتایدها و ترکیبات سازنده‌ی آن‌ها، الکترون‌ها در رقابت بین نیروها گرفتار می‌شوند. از یک طرف، الکترون‌ها وادار می‌شوند به اطراف حرکت کنند و از طرف دیگر مجبور می‌شوند به دلیل تمایل به دفع یک‌دیگر در یک آرایش خاص قرار گیرند. در این مطالعه، ما نسبت بین این نیروهای رقابت‌کننده را تغییر دادیم تا بتوانیم نقطه‌ای را که در آن یکی از نیروها بر دیگری غلبه می‌کند، پیدا کنیم.»

هدف از این پژوهش، درک بهتر فرآیندهایی است که منجر به ابررسانایی دمابالا می‌شوند. با درک و توسعه‌ی بهتر ابررساناهای دمابالا می‌توان انقلابی در ژنراتورهای الکتریکی، تصویربردارهای MRI، قطارهای سریع‌السیر و سایر ادوات ایجاد کرد. در سیم‌بندی امروزی، الکتریسیته در اثر مقاومت و حرارت تلف می‌شود. این اتفاق بدین دلیل رخ می‌دهد که الکترون‌ها در طول مسیر عبور از سیم‌ها با هم برخورد می‌کنند و از اتمی به اتم دیگر به اصطلاح کمانه می‌کنند و مقداری از انرژی خود را به صورت گرما از دست می‌دهند.

حدود یک قرن پیش، فیزیکدان‌ها موادی را کشف کردند که می‌توانستند الکترون‌ها را بدون اتلاف انرژی در اثر مقاومت هدایت کنند. این «ابررساناها» باید بسیار سرد می‌شدند و نزدیک 50 سال طول کشید که فیزیکدان‌ها توضیحی برای آن ارائه دهند: دافعه‌ی بین الکترون‌ها در این ابررساناهای دماپایین بسیار ضعیف است به‌طوری که با حضور نوسانات شبکه‌ای، الکترون‌ها بر این دافعه غلبه می‌کنند و ضمن جفت شدن، بدون برخورد و گرما به آسانی حرکت می‌کنند.

این توضیح تا سال 1986 کافی به نظر می‌رسید تا این که در این سال فیزیکدانان مواد جدیدی را کشف کردند که در دماهای بالای 100 کلوین ابررسانا می‌شوند. ساختار این «ابررساناهای دمابالا» شامل لایه‌هایی از آلیاژهای مسِ قرارگرفته بین لایه‌هایی از مواد نارسانا بود که با مقداری از موادی که می‌توانستند الکترون‌های بیش‌تری را در ترکیب شرکت دهند، ناخالص شده بودند.

فیزیکدانان به سرعت دریافتند که نظریه‌های ابررسانایی موجود نمی‌توانند آنچه را که در این مواد جدید رخ می‌دهد، شرح دهند. به یک دلیل، نسخه‌های ناخالص‌نشده‌ی این ترکیب‌ها الکتریسیته را به هیچ وجه هدایت نمی‌کردند. الکترون‌های آن‌ها به دلیل تمایل به دفع یک‌دیگر، تمایل داشتند خود را در فاصله‌ی مطمئنی از الکترون‌های هم‌سایه حفظ کنند. این الگو «استقرار مات» نام گرفت که موجب بروز حالت عایقی می‌شود.

در سال 2008، تلاش برای یافتن پاسخ با کشف دسته‌ی دوم ابررساناهای دمابالا وجهه‌ی دیگری پیدا کرد. نیکتایدها، ابررساناهای جدید برپایه‌ی آهن، هم لایه‌لایه بودند و هم نیاز داشتند که ناخالص شوند. اما برخلاف ابررساناهای برپایه‌ی مس، نیکتایدهای ناخالص‌نشده عایق‌های مات نبودند.

سی افزود: «استقرار مات در نیکتایدهای ناخالص‌نشده رخ نمی‌دهد اما شواهد مهمی وجود دارد که الکترون‌ها در این مواد نزدیک به نقطه‌ای هستند که در آن استقرار مات رخ می‌دهد. این نزدیکی به استقرار مات، سیستم را دچار نوسانات مغناطیسی کوانتومی می‌کند که به عقیده‌ی ما زمینه‌ی وقوع ابررسانایی دمابالا در نیکتایدهاست.»

در تمام ابررساناهای دمابالا، اتم‌های آهن یا مس در لایه‌های رسانا تشکیل یک الگوی شبکه‌مانند می‌دهند.

پیش‌تر طی مطالعه‌ای که امسال منتشر شد، سی و همکارانش، اتم‌های آرسنیک را در یکی از لایه‌های میانی نیکتاید با اتم‌های کمی کوچک‌تر فسفر جایگزین کردند. این تغییر ماهرانه، اتم‌های آهن را کمی به هم نزدیک‌تر کرد که موجب تغییر مقدار انرژی‌ای شد که الکترون‌ها را وادار می‌کرد بین اتم‌های آهن حرکت کنند. این آزمایشات، پیش‌بینی سی و الیهو آبراهامز، نظریه‌پرداز دانشگاه کالیفرنیای لوس آنجلس را اثبات کرد که پیش‌بینی کرده بودند افزایش انرژی جنبشی الکترون‌ها نیکتایدها را از نقطه‌ی مات دورتر می‌کند.

در آزمایش‌های اخیر، سی و همکارانش از دانشگاه رایس، دانشگاه ژه‌جیانگ چین، دانشگاه کالیفرنیا، آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و دانشگاه ایالتی نیویورک در بوفالو تلاش کردند که سیستم را در یک مسیر دیگر و به طرف استقرار مات حرکت دهند.

جیان-چین ژو، نظریه‌پرداز آزمایشگاه لوس آلاموس، گفت: «ما خواستیم که انرژی جنبشی را با افزایش فاصله‌ی بین اتم‌های آهن بیش‌تر کنیم. متاسفانه، ماده‌ی نیکتایدی با این ویژگی‌ها وجود ندارد.»

بنابراین امیلیا موروسان از دانشگاه رایس و مینگهو فانگ از دانشگاه ژه‌جیانگ به طور اتفاقی به ایده‌ی جایگزینیِ ماده‌ای با الگوی مشابه به نام اکسیکالکاژنید آهن دست یافتند. اکسیکالکاژنیدهای آهن مثل نیکتایدهای آهن، مواد لایه‌لایه هستند. اما در مقایسه با نیکتایدها، فاصله‌ی بین اتم‌های آهن در اکسیکالکاژنیدها بیش‌تر است.

انجام آزمایش‌ها بر روی مواد جدید، پیش‌بینی‌های نظری گروه را تایید کرد؛ گسترش بسیار کم شبکه‌ی آهن، سیستم را به حالت عایقی مات سوق داد.

آبراهامز گفت: «نتایج ما شواهد بیش‌تری ارائه می‌دهد که ترکیبات اولیه‌ی نیکتاید آهن ناخالص‍‌نشده در شرف استقرار مات هستند.»

دکتر لانگ کیو، استادیار مهندسی برق دانشگاه لوایزیانا تِک، از موفقیت اخیر خود در طراحی و تولید قطعه‌ای خبر داد که به ادوات الکترونیکی ریز-مقیاس اجازه می‌دهد انرژی اتلافی خود را مهار کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از دانشگاه لوایزیانا، این پژوهش در مقاله‌ای در سپتامبر گذشته در Applied Physics Letters منتشر شد. این مقاله که با عنوان «سلول‌ انرژی گرمایی و نوری مبتنی بر لایه‌هایی از نانولوله‌های کربنی» منتشر شد، با تألیف گروهی از دانشجویان با نام‌های: پوشپَرَج پاتاک، تیان‌هوآ ژانگ، یوآن هه و شاشی یاداو انجام گرفت و کمتر از یک ماه پس از درخواست آن‌ها مبنی بر انتشار مقاله، در Applied Physics Letters منتشر شد.

این فن‌آوری از یک اهرم (سگ‌دستی) استفاده می‌کند که ازماده‌ا‌ی پیزوالکتریک ساخته شده است و از یک طرف با لایه‌ای از نانولوله‌ی کربنی پوشانده شده است. ماده‌ی پیزوالکتریک، ماده‌ای است که اعوجاج‌ها و تنش‌های به وجود آمده در ساختار خود را که از بیرون به ماده تحمیل می‌شود، به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. اگر لایه‌ی کربنی، نور و یا انرژی گرمایی جذب كند، اهرم به طور مداوم به طرف پشت و جلو خم مي‌شود. حرکت مداوم اهرم باعث می‌شود ماده‌ی پیزوالکتریک، تا زمانی که منبع گرما یا نور باقی است، انرژی الکتریکی تولید کند. خم شدن اهرم به طور متناوب باعث می‌شود ادوات الکترونیکی کوچک بتوانند انرژی مورد نیاز برای کارکرد خود را ذخیره کنند.

کیو اضافه کرد: «بزرگ‌ترین اهمیت کار در این است که ما روشی در اختیار داریم که با استفاده از حرکت خود-تناوبی اهرم می‌توانیم انرژی گرمایی و خورشیدی را به‌طور پیوسته بر روی یک تراشه‌ی مجزا مهار کنیم. این ویژگی ممکن است ما را قادر سازد تا ادوات و سیستم‌های جاودانه‌ای در مقیاس میکرو و یا نانو تولید کنیم. اين ویژگی جدید می‌تواند بر روی شبکه‌ی حسگری بی‌سیم نیز تأثیرگذار باشد».

گروه پژوهشی کیو در آزمایش‌های خود نشان دادند که این قطعه‌ی الکترونیکی می‌تواند انرژی کافی را برای به کار انداختن برخی ریزحسگرها و حسگرهای مجتمع کم‌مصرف تأمین کند. یکی از منحصربه‌فردترین و جدیدترین جنبه‌های این سیستم مهار کننده‌ی انرژی، قابلیت «بازتولید» انرژی مورد نیاز خود است، یعنی تولید همیشگی انرژی بدون نیاز به مصرف سایر منابع انرژی خارجی.

به گفته‌ی پژوهشگران، قابلیت بازتولید انرژی هنگامی رخ می‌دهد که اهرم، با جذب پیوسته‌ی فوتون‌ها و رسانایی الکتریکی بسیار بالا و پخش سریع انرژی گرمایی اتلافی به محیط بیرون، انرژی الكتريكي تولید می‌کند. این کار به طور مکرر، نه تنها در آزمایشگاه، بلکه در محیط بیرون و زیر نور خورشید نیز مشاهده شده است. همچنین، این فن‌آوری می‌تواند انواع مختلف انرژی‌ها مانند ارتعاشی و بادی را نیز مهار کند.

کیو بیان کرد: «در حقیقت، این فن‌آوری یک فن‌آوری مختلط مهار کننده‌ی انرژی است. آزمایشگاه من برای افزایش بازده و کارآیی کلی این فن‌آوری، بهینه‌سازی و پیشرفت زیادی داشته است.» به عقیده‌ی کیو، در آینده این قطعه‌ی الکترونیکی می‌تواند برای تأمین توان نانوسیستم‌ها و میکروسیستم‌های مختلفی مانند ادوات زیست‌پزشکی قابل کاشت در بدن جانداران یا حسگرهای تعبیه شده در نقاط دور و گره‌های ارتباطاتی مورد استفاده قرار گیرد.

مقاله‌ی کیو، علاوه بر اینکه در Applied Physics Letters منتشر شده است، برای انتشار درVirtual Journal of Nanoscale Science & Technology نیز انتخاب شده است. که توسط مؤسسه‌ی فیزیک امریکا و جامعه‌ی فیزیک امریکا با همکاری بسیاری دیگر از جوامع و ناشرین فیزیک منتشر می‌شود.

پژوهشگران کره‌ی جنوبی موفق به توسعه‌ی نوعی حافظه‌ی غیرفرار انعطاف‌پذیر شدند که مبتنی بر ممریستورهاست. پژوهشگران این حافظه‌ی جدید را با استفاده از لایه‌های نازک اکسید گرافین تولید کردند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، ممریستور یکی از چهار عنصر بنیادی مدارهای الکترونیکی است که در سال 2008 کشف شد. ممریستورها که از لایه‌های نازک اکسید فلز تشکیل یافته‌اند، نوید حافظه‌های کم‌مصرف، ارزان‌قیمت و فشرده را می‌دهند. با این پیشرفت، ساخت ادوات جدید تشکیل‌یافته از اکسید گرافین می‌تواند ارزان‌تر و ساده‌تر باشد. همچنین، در آینده این ادوات این قابلیت را خواهند داشت که بر روی حلقه‌هایی از ورقه‌های پلاستیکی چاپ شوند و در برچسب‌های RFID [1] پلاستیکی و یا در الکترونیک پوشیدنی مورد استفاده قرار گیرند.

سونگ-یول چوی که سرپرستی پژوهش ادوات انعطاف‌پذیر را در مؤسسه‌ی پژوهشی الکترونیک و ارتباطات از راه دور، واقع در دائیجیون کره‌ی جنوبی برعهده دارد، می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم اکسید گرافین می‌تواند نامزد خوبی برای کسب عنوان حافظه‌ی نسل بعد به شمار رود». چوی و همکارانش، ساخت حافظه‌ی جدید خود را چندی پیش در Nano Letters گزارش دادند.

ممریستورها بسته به مقدار و جهت ولتاژ اعمالی به آن، مقاومت خود را تغییر می‌دهند و هنگامی که ولتاژ اعمالی قطع می‌شود، این مقاومت را در خود نگه می‌دارد. اغلب حافظه‌ها داده‌ها را به عنوان بار الکتریکی در خود ذخیره می‌کنند ولی ممریستورها همانند حافظه‌‌های مقاومتی (RRAM) عمل می‌کنند. حافظه‌ی مقاومتی نوعی حافظه‌ی غیرفرار است که داده‌ها را به جای ذخیره کردن به عنوان بار، تحت عنوان مقاومت در خود نگه می‌دارد.

گرچه ایده‌ی ساخت ممریستورها برای اولین بار در سال 1971 مطرح شد، ولی تنها دو سال پیش بود که شرکت HP موفق شد اولین ممریستور کاربردی را تولید کند و در نظر دارد طی سه سال آینده، این فن‌آوری را تجاری کند. طرح HP در ساخت ممریستور شامل دو ردیف سیم‌های موازی است که هر کدام به صورت عمود بر هم آرایش یافته‌اند و بین هر کدام از این جفت سیم‌ها، لایه‌ای از دی‌اکسید تیتانیوم قرار گرفته است. هر نقطه‌ی تقاطع، نشان دهنده‌ی یک ممریستور است.

پژوهشگران کره‌ی جنوبی نیز از طرح مشابهی بهره گرفتند. آن‌ها تنها در طرح جدید خود، �