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، به جای دی‌اکسید تیتانیوم از اکسید گرافین استفاده کردند. ضخامت اکسید گرافین همانند خود گرافین، یک اتم است و اغلب خصوصیات الکتریکی گرافین را نیز داراست، ولی با این تفاوت که فرآیند تولید آن آسان‌تر است. پژوهشگران پس از قرار دادن سیم‌های آلومینیم با پهنای 50 میکرومتر بر روی یک قطعه پلاستیک با مساحت 6.5 سانتی‌متر مربع، از رویکرد جدیدی در طرح خود استفاده کردند. آن‌ها دانه‌های اکسید گرافین معلق را بر روی سطح پلاستیک تعبیه کردند که این کار باعث شد لایه‌ی نازکی از اکسید گرافین تشکیل یابد. پس از آن پژوهشگران بار دیگر مجموعه‌ای از سیم‌های آلومینیمی را بالای لایه‌ی اکسید گرافین قرار دادند. با این فرآیند، 25 ممریستور تولید می‌شود که پهنای هر کدام 50 میکرومتر است.

ابعاد ادوات اکسید گرافین، 1000 برابر ابعاد ممریستورهای HP است و به عنوان حافظه‌ی فوق‌فشرده در نظر گرفته نمی‌شوند. در عوض انعطاف‌پذیری و ارزان‌قیمت بودن، دو ویژگی مهم ادوات اکسید گرافین است. ماکس لِمه، پژوهشگر گرافین در مؤسسه‌ی فن‌آوری رویال، واقع در کیستای سوئد، گفت: «کوچک کردن ابعاد ادوات آلی تا مرز مشخصی امکان‌پذیر است، زیرا در غیر این صورت این ادوات نمی‌توانند با سیلیکون برحسب کارآیی رقابت کنند. این کاربرد برای اکسید گرافین بسیار جالب است. سؤال اصلی اینجاست که ما چگونه می‌توانیم همین فرآیند را در مقیاس بزرگ‌تر انجام دهیم تا تعداد زیادی از این ادوات را با قیمتی ارزان تولید کنیم؟»

چوی و همکارانش عقیده دارند ادوات الکترونیکی تشکیل‌یافته از اکسید گرافین بین دو مقاومت تغییر وضعیت می‌دهند، زیرا هنگامی که اکسیژن بین لایه‌ی اکسید گرافین و الکترود آلومینیم واقع در لایه‌ی بالای آن جابه‌جا می‌شود، رشته‌های نازک رسانایی به وجود می‌آیند. با تغییر قطب‌های ولتاژ، رشته‌های رسانا قطع می‌گردند و دستگاه الکترونیکی خاموش می‌شود.

تعداد دفعات کلیدزنی ادوات الکترونیکی جدید، بین وضعیت‌های «روشن» و «خاموش»، 100,000 بار است. از همین رو عمر این ادوات مشابه حافظه‌های فلش است. چوی می‌گوید این چرخه‌ی کلیدزنی می‌تواند به 1 میلیون بار هم برسد. همچنین چوی اضافه کرد ادوات الکترونیکی جدیدی که سپتامبر گذشته توسط گروه پژوهشی‌اش توسعه داده‌ شده است، هنوز وضعیت قبلی خود را حفظ کرده‌اند. این در حالی است که ممریستورهایی که گروه پژوهشی چوی آزمایش کرده‌اند، تنها قادر بودند حدود 27 ساعت وضعیت قبلی خود را حفظ کنند. علاوه بر این، ادوات جدید این قابلیت را دارند که اگر 1000 بار هم خم شوند، کیفیتشان کاهش نیابد.

کِرت ریشتر، پژوهشگر مؤسسه‌ی ملی استانداردها و فن‌آوری (NIST) که سرپرستی پروژه‌ی سال گذشته‌ی «ممریستورهای انعطاف‌پذیر دی‌اکسید تیتانیوم» را برعهده داشت، اظهار داشت ممریستورهای گرافینی به عنوان حافظه‌های غیرفرار، ویژگی‌های فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهند. دیوید گاندلَچ، مدیر یکی از پروژه‌های بخش الکترونیک نیمه‌هادی NIST و همکار ریشتر اضافه می‌کند ادوات اکسید گرافین باید در آینده قابلیت‌های خود را در مقیاس‌های بزرگ‌تر به اثبات برسانند.

اطلاعات اضافی:

[1]. برچسب RFID: تراشه‌هایی هستند که برای شناسایی اجسام، انسان یا حیوان به کار می‌روند. این شناساگرها با استفاده از ارسال و دریافت امواج رادیویی، اجسامی را که همراه با اجسام دیگر، انسان و یا حیوان قرار دارند، شناسایی می‌کنند.

دانشمندان موفق به توسعه‌ی اولین دسته‌ از گستره‌ی جدیدی از ابررساناهای قدرتمند شدند. این ابررساناهای جدید می‌توانند انقلابی در تولید دستگاه‌هایی همچون پویشگر MRI و حفاظت شبکه‌ی برق سراسری ایجاد کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، مهندسین دانشگاه کمبریج با بکارگیری شیوه‌های جدیدی برای ساخت مواد ابررسانای دمابالا، نمونه‌هایی تولید کردند که این نمونه‌های جدید می‌توانند مقدار جریان الکتریکی بی‌سابقه‌ای را، البته با توجه به نوع و اندازه‌شان، حمل کنند.

این پیشرفتِ جدید، موجب بهبود کارآیی اکسید مس باریم یتیریم (YBCO) و خانواده‌ی مرتبط با آن شده است و احتمال ساخت نمونه‌های قوی‌تر و مقرون به صرفه‌تری را که می‌توانند مزایای بسیار زیادی در برخی زمینه‌ها داشته باشند، بالا می‌برد.

پروفسور دیوید کاردول، سرپرست گروه ابررسانایی دانشکده‌ی مهندسی دانشگاه کمبریج، گفت: «مزایای بالقوه‌ی توسعه‌ی ابررساناهای دمابالا بسیار زیاد است. فرآیندهایی که ما توسعه دادیم و ثبت کردیم به ما این امکان را می‌دهد تا نمونه‌هایی را توسعه دهیم که بهتر، بزرگ‌تر، ارزان‌تر و با قابلیت اطمینان بالاتری باشند.»

ابررساناها موادی هستند که با سرد شدن تا یک دمای مشخص می‌توانند جریان الکتریکی را بدون اتلاف انرژی حمل کنند. این ویژگی، ابررساناها را از رساناهای متداولی مثل سیم مسی که در مقابل شارش جریان از خود مقاومت نشان می‌دهد و موجب از دست رفتن مقداری از انرژی می‌شود، متمایز می‌کند. این در دراز مدت بدین معنی است که ابررساناها با افزایش بازده انرژی می‌توانند مزایای زیست‌محیطی مهمی داشته باشند. در حال حاضر، حداکثر 10 درصد از انرژی الکتریکی تولید شده توسط نیروگاه‌های بریتانیا، قبل از رسیدن به مصرف‌کننده، به دلیل مقاومت خطوط برق به هدر می‌رود. ابررساناها چنین مقاومتی ندارند و می‌توانند برای ذخیره‌ی مقدار زیادی انرژی تا زمان نیاز استفاده شوند و در برخی موارد تا صد برابر مس، جریان حمل کنند.

جریان موجب ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود. با توجه به این ویژگی، ابررساناها می‌توانند در بسیاری کاربردهای دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرند، از جمله: پویشگرهای MRI در بیمارستان‌ها، «جداسازهای مغناطیسی» که آب دریا و دریاچه‌ها را تمیز می‌کند، قطارهای مونوریل سریع‌السیر، چرخ‌طیارهای مکانیکی که انرژی را ذخیره می‌کنند و مشهورتر از همه «ابرتصادم‌گر هادرونی» یا Large Hadron Collider، که بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده‌ی ذره در جهان است.

علاوه بر این، ابررساناها می‌توانند به عنوان«محدودکننده‌ی جریان خطا» (fault current limiter) در شبکه‌ی برق سراسری به کار گرفته شوند و از شبکه در برابر قوس انرژی ناشی از افزایش ناگهانی مصرف محافظت کنند. این قوس‌ها که منجر به خاموشی در سواحل شرقی آمریکا در سال 2003 و اروپا در سال 2006 شدند، می‌توانند موجب صدمه‌ی دیرپا، هم به شبکه و هم به زیرساخت‌های عمومی شوند. اگر جریان بزرگ باشد، مواد ابررسانا بدون اتلاف انرژی قابل توجهی مانع هدایت می‌شوند؛ بدین معنی که ابررساناها می‌توانند در سیستم مورد استفاده قرار گیرند تا برق را قبل از رسیدن به نقطه‌ی مصرف قطع کنند.

در حال حاضر ابررساناهای کارآمد اغلب گران‌قیمت هستند و تولید انبوه آن‌ها دشوار است. پژوهش کمبریج با ایجاد بنیانی برای توسعه‌ی نمونه‌های قوی‌تر که طی فرآیندی مقرون به صرفه ساخته می‌شوند، می‌تواند گامی به سوی حل این مشکل باشد. این موضوع می‌تواند موجب پایین آمدن هزینه‌های تولید دستگاه‌هایی شود که به این مواد وابسته هستند. به عنوان نمونه، پویشگر MRI که حدود 1.5 میلیون یورو قیمت دارد، می‌تواند تبدیل به یک امر عادی در جراحی‌های عمومی شود و به بهبود تشخیص‌های دقیق و شناخت مشکل از پیچ‌خوردگی زانو گرفته تا تومورهای مغزی کمک کند.

در حالی که برخی از مواد باید تا دماهای پایین، حدود 269- درجه‌ی سانتی‌گراد سرد شوند تا ابررسانا شوند، YBCO در دمای نسبتاً بالای 181- درجه‌ی سلسیوس ابررسانا می‌شود. می‌توان از این ویژگی استفاده کرد و YBCO را به جای هلیوم مایع با نیتروژن مایع سرد کرد که این باعث کاهش قیمت می‌شود.

در گذشته، تولید قطعات ابررسانای کارآمد از این ماده با دشواری‌هایی همراه بود. YBCO در تشکیل سرامیک چندبلوری دارای فرآیند ساده‌ای ست اما باید به صورت یک دانه‌ی تنها شکل بگیرد تا بتواند میدان‌های مغناطیسی بزرگ تولید کند، زیرا مرزهای بین دانه‌ها، شارش جریان را در نمونه‌ی انبوه محدود می‌کنند.

علاوه بر این، نقص‌های میکروسکوپی در ماده می‌تواند مانع حرکت خطوط شار مغناطیسی شود و جریان را افزایش دهد. توزیع این خطوط در یک ابررسانای مقیاس‌بزرگ باید کنترل شود تا جریان و به تبع آن میدان به بیشترین مقدار خود برسد.

گروه دانشگاه کمبریج شیوه‌ای را برای ساخت دانه‌های تنهای بزرگ از ابررساناهای مقیاس‌بزرگ توسعه داده‌اند. این شیوه در ابتدا شامل گرم کردن ماده تا دمای 1000 درجه‌ی سانتی‌گراد می‌شود که موجب نیمه‌ذوب شدن آن می‌شود. سپس طی انجام چند آزمایش‌، عناصر مختلف از جمله اورانیوم تهی شده به ترکیب شیمیایی ابررسانا اضافه می‌شود تا محل‌های مانع شار مصنوعی را در دانه‌ی تنها تولید کند. زمانی که ماده سرد شد و دوباره شکل گرفت، این مواد افزوده شده یکپارچگی خود را حفظ می‌کنند و موانع فیزیکی‌ای تشکیل می‌دهند که این موانع، حرکت خطوط شار مغناطیسی را شکل می‌دهند که این امر، موجب افزایش شارش جریان می‌شود.

علاوه بر این، این گروه با استفاده از نوع جدیدی از بلور بذری که پیش از این ثبت کرده بودند و حیطه‌ی بیشتری برای بهینه‌سازی فرآیند ذوب ناقص فراهم می‌کرد، شیوه‌ای برای ساخت دانه‌های تنهای بزرگ از ابررساناهای مقیاس‌بزرگ در هوا توسعه دادند. این شیوه‌ها در کنار هم منجر به تولید نمونه‌های بسیار قدرتمندتری نسبت به نمونه‌های ساخته شده با شیوه‌های معمول شد که چگالی انرژی و میدان مغناطیسی بی‌سابقه‌ای نسبت به اندازه‌ی خود نشان دادند.

پروفسور کاردول افزود: «ویژگی‌هایی که این نمونه‌ها نشان می‌دهند، می‌تواند در آینده با بهبود و کاهش وزن و اندازه‌ی ادواتی مثل چرخ‌طیارهای ذخیره‌ی انرژی، جداسازهای مغناطیسی، موتورها و ژنراتورها، منجر به پتانسیل تجاری عظیم شود. این دستگاه‌ها، پیش از این، از ابررساناها در درجات مختلف استفاده می‌کردند. با به کار گرفتن این شیوه‌های فرآیند مقیاس‌بزرگ می‌توانیم قدرت و پتانسیل آن‌ها را به شدت بهبود دهیم.»

شرکت زیمنس در حال توسعه‌ی لایه‌های سرامیکی مغناطیسی جدیدی است تا بتواند ابعاد مدارهای الکترونیکی پرکارآمد را که در سیستم‌های روشنایی و سایر ادوات به کار می‌روند، کاهش دهد. مدارهایی که در ادوات الکترونیکی مانند لامپ‌ها استفاده می‌شوند، باید ولتاژ، جریان و فرکانس کاری خود را با توجه به نیازمندی‌های آن ادوات مطابقت دهند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، برای صرفه‌جویی در فضا، اغلبِ عناصر الکترونیکی مانند مقاومت‌ها و سیم‌پیچ‌ها، به صورت یکپارچه با لایه‌های فیبرهای مدارهای چاپی سرامیکی قرار می‌گیرند. اما، تاکنون تعبیه‌ی هسته‌های مغناطیسی مانند هسته‌های ترانسفورماتورها در سرامیک دشوار بوده است.

به گفته‌ی زیمنس، لایه‌های سرامیکی مغناطیسی جدید این مشکل را برطرف می‌کند. این لایه‌ها می‌توانند حجم مدارهای الکترونیکی را بسیار کوچک‌تر و تولید آن‌ها را آسان‌تر کنند. در این صورت، برای مثال حجم اشغالی چراغ‌های جلو خودروها که از لامپ‌های تخلیه استفاده می‌کنند، کوچک‌تر خواهد شد. در این چراغ‌ها، بالاست‌هایی قرار دارند که برای تولید نور ولتاژ بالایی ایجاد می‌کنند. با طراحی جدید زیمنس، در آینده می‌توان بالاست را به طور مستقیم در داخل لامپ تعبیه نمود.

ترانسفورماتورها، جریان و ولتاژ متناوب را تغییر می‌دهند. آن‌ها از یک هسته‌ی مغناطیسی بسته و دو سیم‌پیچ تشکیل یافته‌اند. اگر ترانسفورماتور بر روی فیبر مدار چاپی قرار گیرد، دو لایه‌ی فیبر را به عنوان سیم‌پیچ‌های آن در نظر می‌گیرند و هسته‌ی مغناطیسی آن را نیز درون سوراخی تعبیه می‌کنند. انجام این کار در فیبرهای مدار چاپی سرامیکی فرآیند بسیار پیچیده و گران قیمتی است؛ زیرا، سرامیک‌ها و مواد مغناطیسی هنگامی که در معرض حرارت قرار می‌گیرند، به طور متفاوتی انبساط می‌یابند. در این صورت، هر کدام از این مواد باید طی فرآیند جداگانه‌ای حرارت‌دهی شوند.

در حال حاضر پژوهشگرانِ زیمنس نوعی لایه‌ی سرامیکی مغناطیسی را توسعه داده‌اند که برای کنترل کارکرد هسته‌ی مغناطیسی، بر روی سیم‌پیچی ترانسفورماتور و میان لایه‌های جداگانه‌ی فیبر مدار چاپی تعبیه می‌شود. ضخامت لایه‌ی فرّیتی تنها چند ده میلی‌متر است و می‌تواند همراه با فیبر مدار سرامیکی طی یک فرآیند جداگانه در دمای کمتر از 900 درجه‌ی سانتی‌گراد حرارت ببیند. ترانسفورماتوری که در این روش تعبیه می‌شود و طول لبه‌ی آن حدود 1.5 تا 2 سانتی‌متر و ارتفاع آن 1.5 میلی‌متر است، در فرکانس 2.5 مگاهرتز، دارای توان خروجی 120 وات است.

این فن‌آوری جدید، برای کاربردهایی که کوچک بودن حجم اشغالی بسیار مهم است و دمای محیط آن‌ها بالاست، طراحی شده است. این لایه‌ی جدید، علاوه بر کاربردهای روشنایی و صنعتی می‌تواند بر مشکل انتقال القایی همزمان انرژی و سیگنال‌های کنترلی و حسگری غلبه کند. در بین کاربردهای ویژه‌ی لایه‌ی سرامیکی مغناطیسی جدید، سیستم‌های شارژ-سریع خودروهای برقی را می‌توان نام برد. این سیستم‌ها هنگامی که توان مورد نظر را برای واحدهای ارتباطی خودرو تأمین می‌کنند، باید بتوانند از پسِ تولید جریان‌هایی در حد 100 آمپر برآیند. واحدهای ارتباطی خودروهای برقی، بین سیستم شارژ-سریع خودرو و باتری رابطه ایجاد می‌کنند.

وزارت فدرال آموزش و پژوهش آلمان از توسعه‌ی لایه‌های جدید، حمایت مالی می‌کند.

در حالی که فن‌آوری نانو موجب کوچک‌تر شدن هرچه بیشتر تراشه‌ها شده است، به دلیل حرارت بیش از حد تولیدشده در تراشه‌ها، این روند کاهش مداوم، منجر به بروز مشکلات زیادی می‌شود. روند کاهش ابعاد تراشه‌ها که می‌توان گفت تا حدی تحمیلی است، به پایین‌تر از مرز 100 نانومتر که اغلب تعیین کننده‌ی مرز فن‌آوری نانو است نیز کشیده شده است. مؤسسه‌ی ملی تیندال ایرلند، نانوماده‌ی جدیدی را توسعه داده است که دمای کاری مدارها و تراشه‌های سیلیکونی را به شدت کاهش می‌دهد. در این صورت قابلیت اطمینان و عمر محصولات الکترونیکی، از تلفن‌های هوشمند گرفته تا صنعت خودرو بهبود خواهد یافت.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، نانولوله‌های کربنی و گرافین نمونه‌ای از نانوموادهایی هستند که به‌تازگی به عنوان راه‌حلی برای مشکل حرارتی تراشه‌ها مطرح شده‌اند. در اولی نوعی سیستم خنک‌کاری با استفاده از نانولوله‌های کربنی طراحی شده‌‍‌است که نیازی به مکش مایع (آب) ندارد. در دومی نیز با استفاده از گرافین در کاربردهای الکترونیکی گوناگون، مدیریت حرارتی انجام می‌گیرد.

این نانوماده‌ی مبتنی بر نانوسیم را دکتر کافیل رازیب و گروهش در تیندال، با همکاری مؤسسه‌ی پژوهشی استوکس و دانشگاه لیمِریک ایرلند طراحی و تولید کرده‌اند. به گفته‌ی دکتر سیِان اُومَث‌نا، مدیر میکروسیستم‌ها در تیندال و بنیان‌گذار مجمع بین‌المللی منبع تغذیه‌ی تراشه‌ها (PowerSoC)، کارآیی گرمایی در این نانوماده‌ی جدید، نسبت به هر ماده‌ی دیگر موجود در بازار، حداقل 50% بهبود یافته است. این ماده با کاهش مقاومت حرارتی تماسی بین تراشه‌ی سیلیکونی و گرماخور (هیت‌سینک) آن به این بازده بالا در خنک‌کاری دست یافته است. هنگامی که دو ماده در معرض تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند، به دلیل زبری‌های بسیار کوچک واقع در سطح هر دو ماده، فضای خالی بسیار ریزی بین آن دو ایجاد می‌شود که در طراحی جدید، این فضا پر می‌شود.

از آنجا که نانوماده‌ی جدید در مجمع بین‌المللی منبع تغذیه‌ی تراشه‌ها در شهر کورک ایرلند معرفی شد، موقعیت اعلام چنین ماده‌ای جالب به نظر می‌رسد. در این مجمع افراد سرشناسی چون دِیمیِن کالِگِن از اینتل، تِد دیبن، سرپرست بخش سرمایه‌گذاری اینتل کَپیتال [1] و مدیر شرکت Advisory Board حضور داشتند. با توجه به حضور چنین افرادی به نظر می‌رسد این پژوهش تا رسیدن به مرحله‌ی تجاری خود، بودجه‌ی دیگری را نیز کسب کند.

اطلاعات اضافی:

[1]. Intel Capital: یکی از نهاد‌های برتر سرمایه‌گذاری در جهان

پژوهش جدید فیزیکدانان دانشگاه بریتیش کلمبیا نشان می‌دهد که در اکسیدهای مس، ابررسانایی دمابالا به چیزی که آن‌ها «برانگیزش‌ ناهم‌دوس» (incoherent excitation) می‌نامند، مرتبط است. این کشف، واکنش الکترونیکی این مواد را پیش از ابررسانا شدن روشن می‌سازد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران برای اولین بار در این مطالعه موفق شدند زمانی را که الکترون‌ها در یک ابررسانا به عنوان ذرات مشخص و مستقل عمل می‌کنند و زمانی را که آن‌ها به صورت ذرات چندقسمتی و نامشخص درمی‌آیند، به طور مستقیم اندازه‌گیری کنند.

آندری داماسکلی، استاد مرکز پژوهش‌های ساختار الکترونیکی مواد جامد در دپارتمان فیزیک و نجوم کانادا، گفت: «ما تاکنون موفق نشده بودیم در این مواد، به طور مستقیم، طبیعت رفتار الکترون را در سرتاسر نمودار فاز (تبدیل از ناابررسانایی به ابررسانایی) به طور کیفی بررسی کنیم. ترکیبی از روش‌های طیف‌نگاری و دسترسی به بلورهای کاپریت بسیار خالص تولیدشده در دانشگاه بریتیش کلمبیا، امکان بررسی آنچه را که در زیر سطح مواد ابررسانای دمابالا در سرتاسر توالی فازهای مختلف رخ می‌دهد، فراهم کرد.»

این مقاله به عنوان اولین مقاله‌ی موسسه‌ی تازه تاسیس شده‌ی ماده‌ی کوانتوم در دانشگاه بریتیش کلمبیا، با همکاری پژوهشگرانی از «منبع نور پیشرفته» در آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی در مجله‌ی Nature Physics منتشر شد.

کاپریت‌ها در حالت عادی عایق هستند اما با حذف الکترون‌ها ابررسانا می‌شوند. این فرآیند، ناخالص کردن از طریق تزریق حفره‌ها در ماده است. فیزیکدانان میزان ناخالصی ماده را زمانی بهینه محسوب می‌کنند که در بالاترین و قابل دسترس‌ترین دما ابررسانا شود. همچنین یک ماده زمانی «فروناخالص» است که میزان ناخالصی آن کمتر از حدی باشد که دمای ابررسانایی را بیشینه کند.

بحث اصلی بر سر این است که آیا ابررسانایی دمابالا (توانایی هدایت الکتریسیته بدون مقاومت در دماهای بالا) از سیال شبه‌ذرات مایع «فِرمی» ناشی می‌شود یا جایگزین خاصیتی مرتبط با فیزیک عایق‌های مات بسیار هم‌بسته است که در آن رفتار الکترون چندقسمتی، شبه‌ذرات را به طور کامل از بین می‌برد. شبه‌ذرات، ذراتی شبیه الکترون هستند که برهم‌کنش‌های اطرافشان آن‌ها را می‌پوشاند و دمای ابررسانایی بالا می‌رود.

گروه داماسکلی توانست افت سریع یکپارچگی شبه‌ذرات را در رفتار الکترون ماده به محض ورود کاپریت به فاز فروناخالص اندازه بگیرد. داماسکلی افزود: «این موضوع نشان می‌دهد که برخی از مفاهیم بسیار مهم مدل‌های مایع فِرمی مانع از ورود به این فاز می‌شوند و ما مجبوریم از سایر دستورالعمل‌های نظری برای توضیح ابررسانایی بهره ببریم.»

طبق تصاویر جدیدی که از ابررساناهای بر پایه‌ی آهن به دست آمده، اسرار مهمی درباره‌ی منشأ ابررسانایی در گروهی از مواد سرامیک با عنوان نیکتایدها (pnictides) کشف شده است. این تصاویر نشان می‌دهند که الکترون‌های به وجودآورنده‌ی جریان ابررسانایی در برخی از نیکتایدها، به طور عمده تمایل دارند در طول مرزهای بین دانه‌های بلور تشکیل دهنده‌ی ابررساناها جریان یابند. این پژوهش که طی دو مقاله در مجله‌ی Physical Review B منتشر شد، می‌تواند به فیزیکدانان برای یافتن ترکیب‌های ابررسانای جدید کمک کند؛ ترکیباتی که بتوانند جریان را بدون مقاومت الکتریکی موجود در رساناهای متداول حمل کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، گروهی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد، به منظور شناخت نوارهایی که نمایانگر نواحی‌ای با جریان‌های ابررسانایی متراکم هستند، عمقی را که میدان‌ مغناطیسی در یک نمونه ابررسانا نفوذ کرده است، اندازه گرفتند. وقتی یک ابررسانا در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، جریان‌های موجود در ابررسانا به گونه‌ای جریان می‌یابند که میدانی مخالف میدان اعمالی درون ماده تولید می‌کنند. میدان اعمالی و میدان ایجاد شده در داخل ابررسانا سعی در خنثی کردن یکدیگر دارند. این نشان‌دهنده‌ی آن است که ابررسانا اجازه نمی‌دهد میدان مغناطیسی در آن نفوذ کند (این موضوع منشأ اثر مایسنر [1] است که موجب می‌شود آهن‌رباهای قوی روی ابررساناها شناور شوند). هر چه ابررسانا بهتر باشد، میدان مغناطیسی را کامل‌تر دفع می‌کند. پژوهشگران با بررسی یک ابررسانای نیکتاید-آهن با استفاده از الکترودی که عمق نفوذ میدان مغناطیسی را در ماده اندازه‌گیری می‌کند، توانستند نواحی‌ای را شناسایی کنند که در آن‌ها جریان‌های ابررسانایی قوی‌تر هستند.

برخلاف ابررساناهای فلزی که برای کارکرد درست نیاز به دماهایی نزدیک به صفر مطلق دارند، نیکتایدها و بسیاری از ابررساناهایی که در دماهای بالاتر (معمولاً 10 تا 135 درجه بالاتر از صفر مطلق) کار می‌کنند، سرامیک‌هایی هستند که از دانه‌های بلور ساخته شده‌اند. اگرچه سازوکارهای اصلی مشخص نیست، اما اندازه‌گیری میزان نفوذ میدان مغناطیسی نشان می‌دهد که جریان‌های ابررسانایی از طریق مرزهای بین بلورها بهتر جریان می‌یابند.

طی نقطه‌نظری که در مجله‌ی APS Physics منتشر شد، جان ترانکوادا از آزمایشگاه ملی بروخاون خاطرنشان کرد که شناسایی رابطه‌ی بین مرزهای بلوری و ابررسانایی می‌تواند به توسعه‌ی ابررساناهای دمابالا بهتر کمک کند. در نهایت، ابررساناهایی که در دماهای نزدیک به دمای اتاق کار می‌کنند، می‌توانند با کاهش ناکارایی‌های موجود در انتقال برق، به حفظ انرژی کمک کنند. علاوه بر این، ابررساناهای دمابالا می‌توانند در تولید آهن‌رباهای قدرتمند برای عکس‌برداری پزشکی و کاربردهای گوناگون صنعتی مفید باشند و نیز به طور بالقوه می‌توانند منجر به ساخت رایانه‌های با سرعت بالا و سایر قطعات الکترونیکی جدید شوند.

اطلاعات اضافی:

[1]. اثر مایسنر (Meissner effect) دفع میدان مغناطیسی از داخل ابررسانا هنگام گذار به حالت ابررسانایی است.

جایزه‌ی نوبل فیزیک به آندره گِیم و کنستانتین نُووسِلُف برای مطالعاتشان در زمینه‌ی گرافین اختصاص یافت. اين مطالعه،‌ پیرامون ورقه‌های کربن با ضخامت یک اتم که گرافین نامیده می‌شود، انجام شد. در حال حاضر این دو نفر در دانشگاه منچستر تحقیق می‌کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، گرافین که به اندازه‌‌ای نازک است که می‌توان آن را ماده‌ای «دو بعدی» نامید، همانند فولِرین خوش ترکیب نیست. فولرین (C60) ترکیبی از 60 اتم کربن است که در سال 1996 جایزه‌ی نوبل شیمی را از آنِ خود کرد. در مقابل گرافین دارای مزایا و ویژگی‌های خاصی است. ورقه‌های گرافین که به اندازه‌ای نازک هستند که خصوصیات مکانیکی کوانتومی از خود نشان می‌دهند، به خوبی مس هادی جریان الکتریسیته هستند، بهتر از هر عنصر شناخته شده‌ی دیگری گرما را هدایت می‌کنند و آن‌قدر متراکم و فشرده هستند که می‌توانند مانع نفوذ اتم‌های هلیوم به درون ساختار خود شوند.

دو برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک، مطالعات خود را در روسیه و پیش از عزیمت به هلند و سپس به انگلستان، آغاز کردند. آن‌ها در سال 2004 ورقه‌های گرافین را، به سادگی با استفاده از نوارچسب، از بلور گرافیت به دست آوردند. این در حالی است که افرادی که نسبت به این کشف دید منفی داشتند، باور نمی‌کردند که چنین ماده‌ی نازک بلورینی بتواند همچنان به قوه‌ی خود پایدار بماند.

گرافین پس از شروع بسیار ساده‌ا‌ی که داشت، به سرعت گام‌های بلندی برداشت که برخی از آن‌ها عبارتند از:

* فراخازن‌ها:

ماه قبل خبری از IEEE Spectrum منتشر شد که طی آن نوع جدیدی از فراخازن‌ها (یا ابرخازن‌ها) معرفی شدند. این فراخازن‌ها، باتری‌های سریع‌تری هستند که از گرافین برای دستیابی به سرعت‌های بالا بهره می‌برند. استفاده از گرافین در این عناصر، امکان شارژ و دشارژ سریع‌تري را نسبت به ترکیب‌های کربنی فراهم می‌نماید. برخورداری از چنین سرعت بالایی در فراخازن‌ها، این امکان را به ادوات الکترونیکی قابل حمل می‌دهد كه ابعاد و وزن آن‌ها رو به کاهش باشد.

* ترانزیستور گرافینی:

علاوه بر فراخازن‌ها، برخورداری از سرعت بالا در ترانزیستور نیز مشاهده شد. ماه قبل گروهی از UCLA سریع‌ترین ترانزیستور گرافینی حال حاضر را تولید کردند. سرعت کلیدزنی این ترانزیستور (300 گیگاهرتز)، دو برابر ادوات مشابه خود است. برخی امیدوارند گرافین بتواند در مدارهای نسل آینده، جایگزین سریع‌تری برای تراشه‌های سیلیکونی قلمداد شود.

* نانوحباب‌ها:

ماه ژوئیه، پژوهشگران آزمایشگاه ملی بروخاون اعلام کردند، بر اثر منبسط کردن ورقه‌ی گرافین، نانوحباب‌هایی به وجود می‌آیند که می‌توانند الکترون‌ها را توسط یک میدان مغناطیسی با قدرت بیشتر از 300 تسلا به دام بیندازند. این کشف شاید بتواند مقدمه‌ای برای توسعه‌ی «استرینترونیکس» تلقی شود. استرینترونیکس شاخه‌ای از الکترونیک است که به کنترل جابه‌جایی و حرکت الکترون‌ها، پس از تغییر شکل در ساختار گرافین می‌پردازد.

* نانوماشین‌ها:

در فصل بهار، IEEE Spectrum گزارش داد که دانشمندان به فهم بهتری از اثر گرافین بر نانوماشین‌ها دست یافته‌اند. دانشمندان دریافته‌اند که چگونه گرافین باعث می‌شود ماشین‌های در مقیاس نانو دارای لغزندگی زیادی شوند. آن‌ها متوجه شدند که هر قدر تعداد ورقه‌های نازک گرافینی به کار رفته در ساختار نانوماشین‌ها افزایش یابد، روغن‌کاری نانوماشین‌ها بهتر صورت می‌گیرد. این کشف منجر به درک بهتر دانشمندان از اصطکاک در مقیاس اتمی شد.

البته این موارد تنها گوشه‌ای از کاربردهای فراوان این ماده به شمار می‌رود. برای آگاهی بیشتر از مقاله‌های درج شده در مورد گرافین، به این آدرس مراجعه فرمایید.

چه چیزی می‌تواند بهتر از الماس، تحت شرایط بسیار پرفشار و پرحرارت، به عنوان ماده‌ای ابرسخت در الکترونیک به کار گرفته می‌شود؟ شاید ماده‌ی BC5 این‌گونه باشد؛ ماده‌ای شبیه الماس، با حجم بسیار زیادی از ماده‌ی بور (boron)، که سختی و مقاومت بسیار زیادی در برابر خردشدن دارد. اما برخلاف الماس، بیش از آن که عایق باشد، یک ابررساناست. گروه پژوهشی‌ای در چین که در حال مطالعه بر روي BC5 هستند، توانایی‌های بالقوه‌ی این ماده را در مجله‌ی Applied Physics توصیف کرده‌اند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پروفسور یامینگ ما، سرپرست گروه پژوهشی دانشگاه جیلین، گفت: «مطالعه‌ی کنونی ما نشانگر این احتمال بزرگ است که BC5 دارای هر دو ویژگی ابرسختی و ابررسانایی است که این دو ویژگی برای ساخت ابزارهای چندمنظوره‌ی تحت شرایط بسیار سخت، سودمند هستند.»

هسته‌ی مرکزی این طرح تحقیقاتی پیرامون این موضوع استوار است که ترکیب BC5 ساختار الماسِ [100] را با تقارنی ویژه به خود می‌گیرد. پروفسور یامینگ ما توضيح داد که ساختار BC5، بسته‌بندی اتمی‌ای به شکل ABCABC...، هم‌راستا با جهت بلورشناختیِ [100] در الماس را دارد. این موضوع، درک عمیق این گونه‌ی ابرسخت و ابررسانا را ممکن می‌سازد. ما معتقد است که ویژگی‌های الکتریکی و مکانیکی برجسته‌ی BC5 می‌تواند برای طراحی سیستم‌های نانوالکترومکانیکی ابررسانای جدید و ادوات فشاربالا تطبیق داده شود.

کوان لی، نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی این مطالعه، انتظار دارد كه یافته‌های آن‌ها به عنوان محرکی برای پژوهش‌هاي بیشتر در سایر ترکیبات B-C-N با ویژگی‌های ابررسانایی و ابرسختی قرار بگيرد.

گروهی از فیزیکدانان به سرپرستی دانشگاه رایس، اولین موفقیت خود را در تلاشی سه ساله به منظور ساخت شبیه‌ساز دقیقی برای ابررساناها اعلام کردند. این کار با استفاده از شبکه‌ی پرتوهای لیزر متقاطع و گاز اتمی بسیار سرد انجام گرفته است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، این پژوهش در مجله‌ی Nature منتشر شده است. پژوهشگران با استفاده از اتم‌های لیتیم که تا چند میلیاردیم صفر مطلق سرد و در لوله‌های نوری بارگذاری شدند، سیم ابررسانای تک‌بعدی را با دقت بالا شبیه‌سازی کردند.

با توجه به این که اتم‌ها در این آزمایش بسیار سرد هستند، چگونگی رفتار الکترون‌ها، طبق قوانین مکانیک کوانتوم قابل بیان است. این بدین معنی است که اتم‌های لیتیم به عنوان جایگزین الکترون‌‌ها عمل می‌کنند و پژوهشگران با به دام انداختن و نگه‌داشتن اتم‌های لیتیم در پرتوهای نور، می‌توانند چگونگی رفتار الکترون‌ها را در انواع خاصی از ابررساناها و سایر مواد مشاهده کنند.

رندی هولت، فیزیکدان دانشگاه رایس که گروهی از فیزیکدانان دانشگاه رایس و شش دانشگاه دیگر را تحت برنامه‌ی شبیه‌ساز شبکه‌ی نوریِ آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته‌ی دفاعی (DARPA) هدایت می‌کند، بیان داشت: «ما می‌توانیم فاصله و برهم‌کنش بین این اتم‌های بسیار سرد را با دقت بالا تنظیم کنیم تا جایی که استفاده از این اتم‌ها برای شبیه‌سازی مواد نامتعارف مثل ابررساناها می‌تواند چیزهایی به ما بیاموزد که با مطالعه‌ی خود ابررساناها قابل حصول نبود.»

در مطالعه‌ی منتشر شده در مجله‌ی Nature، هولت، اریک مولر، فیزیکدان دانشگاه کورنل، یین‌آن لیائو، سوفی ریتنر، توبیاس پاپروتا، ون‌هویی لی و گاتری پاتریج، دانشجویان تحصیلات تکمیلی و پژوهشگران فوق‌دکترای دانشگاه رایس، و استفان بور، دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه کورنل، شبیه‌سازی ساختند که به آن‌ها اجازه می‌دهد ابررسانایی و مغناطیس را به طور همزمان بررسی کنند؛ پدیده‌هایی که در حالت کلی به طور همزمان رخ نمی‌دهند.

ابررسانایی زمانی رخ می‌دهد که الکترون‌ها در یک ماده بدون مقاومت الکتریکی جریان یابند. ابررسانایی معمولاً در دماهای بسیار پایین و زمانی که جفت‌الکترون‌ها به هم می‌پیوندند، رخ می‌دهد. این به هم پیوستن جفت‌الکترون‌ها طی حرکتی رقص‌گونه صورت می‌پذیرد که از برخوردهای زیراتمی الکترون‌ها که منجر به اصطکاک می‌شوند، جلوگیری می‌کند.

مغناطیس نیز از یکی از ویژگی‌های اساسی تمامی الکترون‌ها، یعنی این واقعیت که الکترون‌ها دور محور خود می‌چرخند، ناشی می‌شود. این ویژگی که اسپین نامیده می‌شود، یک ویژگی ذاتی و بنیادی است. درست مثل رنگ چشم انسان‌ها که هرگز تغییر نمی‌کند. اسپین الکترون تنها در دو جهت رخ می‌دهد، بالا یا پایین، و مواد مغناطیسی موادی هستند که در آن‌ها تعداد الکترون‌های دارای اسپین بالا با تعداد الکترون‌های دارای اسپین پایین تفاوت دارد که این امر منجر به یک «گشتاور مغناطیسی خالص» می‌شود.

هولت افزود: «در حالت کلی، مغناطیس ابررسانایی را از بین می‌برد چون تغییر تعداد نسبی اسپین‌های بالا و پایین، ساز و کار اصلی ابررسانایی را مختل می‌کند. اما در سال 1964، گروهی از فیزیکدانان پیش‌بینی کردند که ابررسانای مغناطیسی می‌تواند تحت مجموعه‌ای از شرایط غیرعادی ساخته شود که در آن، گشتاور مغناطیسی خالص، در نتیجه‌ی الگوی متناوبی از اسپین‌ها و جفت‌های اضافی ایجاد می‌شود.»

حالت «FFLO» به افتخار نظریه‌پردازانی نام‌گذاری شده است که آن را پیشنهاد کردند (فولد، فرل، لارکین و اوفچینیکوف). این حالت از ماده، به مدت 46 سال محرک مشاهدات آزمایشگاهی قاطعی بوده است. هولت گفت که این مطالعه‌ی جدید، راه را برای مشاهده‌ی مستقیم حالت FFLO هموارتر می‌کند.

هولت ادامه داد: «شواهدی که ما گردآوری کرده‌ایم نیازهای حالت FFLO را برآورده می‌کند، اما، نمی‌توانیم به طور یقین بگوییم که ما این حالت را مشاهده کرده‌ایم. برای این کار نیاز داریم که به طور دقیق توزیع سرعت جفت‌الکترون‌ها را اندازه‌گیری کنیم تا نشان دهیم که از رابطه‌ی FFLO پیروی می‌کنند. ما در حال مطالعه بر روی این موضوع هستیم.»

پژوهشگران دانشگاه ایالت کارولینای شمالی نوعی فن‌آوری را به ثبت رساندند که انتظار می‌رود زیرساخت‌های ارتباطات و انرژی جهانی را متحول سازد و همزمان باعث اشتغال‌زایی در امریکا شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران برای اولین بار موفق شدند امکان مجتمع‌سازی مستقیم ادوات و حسگرهای گالیم نیترید (GaN) را بر روی تراشه‌های رایانه‌ای مبتنی بر سیلیکون فراهم سازند. دکتر جِی نارایان، استاد برجسته‌ی مهندسی و علم مواد دانشگاه جان سی. فَن و یکی از صاحبان حق ثبت این فن‌آوری، گفت: «این فن‌آوری می‌تواند باعث توسعه‌ی ادوات توان‌بالایی (ولتاژ بالا و جریان بالا) شود که برای توسعه‌ی ادوات توزیع انرژی، حیاتی هستند، مانند فن‌آوری شبکه‌ی هوشمند و ارتباطات نظامی فرکانس‌بالا.»

نارایان گفت: «در مقایسه با ترانزیستورهای معمولی، گالیم نیترید می‌تواند توان بیشتری را تحمل کند. همچنین، می‌تواند سریع‌تر کار کند، چرا که می‌تواند تبدیل به بلورهای مجزایی شود که روی تراشه‌ی سیلیکونی، مجتمع شده‌اند و در نتیجه، الکترون‌ها می‌توانند بسیار سریع‌تر حرکت کنند.»

نارایان در ادامه توضیح می‌دهد: «مجتمع‌سازی گالیم نیترید بر روی تراشه‌های سیلیکونی بدون هیچ‌گونه لایه‌های بافر منجر به تولید حسگرهای هوشمند چندکاربردی، ترانزیستورهای دارای قابلیت تحرک بالا برای الکترون‌ها، ادوات توان‌بالا و کلیدهای ولتاژبالا شده است که هر کدام از این موارد در شبکه‌های هوشمند، که آینده‌ی انرژی و محیط پیرامون را تحت تأثیر قرار می‌دهد، به کار می‌روند.»

علاوه بر این، مجتمع‌سازی گالیم نیترید بر روی تراشه‌های سیلیکونی باعث ایجاد محدوده‌ی وسیع‌تری از فرکانس‌های رادیویی قابل دسترس می‌شود. به وجود آمدن این فرکانس‌ها موجب توسعه‌ی فن‌آوری‌های ارتباطاتی پیشرفته خواهد شد. نارایان می‌گوید: «این ادوات آماده‌‌اند تا چالش‌های توان‌بالا، فرکانس‌بالا و باندپهن را که در کاربردهای مصرفی پیشرفته و ارتباطات ماهواره‌ای نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرند، برطرف سازند.»

نارایان افزود: «ایالات متحده، هنوز هم در نوآوری، در دنیا پیشتاز است ولی با پیدایش اینترنت و ارتباطات سریع، تنها انجام پژوهش‌های نوآورانه نیز کافی نیست. ما باید گام‌هایی برداریم تا این اطمینان حاصل شود که برتری ایالات متحده در نوآوری، می‌تواند قابل تبدیل به محصولاتی شود که اشتغال‌زا هستند.»

دکتر پرادیپ فولِی، عضو بنیاد علم ملی (NSF) که از این پژوهش حمایت مالی می‌کرد، بیان کرد: «مجتمع‌سازی مستقیم ادواتِ متشکل از انواع گوناگونی از نیمه‌هادی‌ها (مانند گالیم نیترید) بر روی تراشه‌های سیلیکونی، سودمندی‌های قابل توجهی در پی دارد؛ زیرا این مجتمع‌سازی می‌تواند باعث ایجاد کاربردهای مختلفی شود، از جمله: لیزرها یا ترانزیستورهای کارآمدتر. استاد نارایان از فرآیند ویژه‌ای استفاده کرده است که امکان مجتمع‌سازی مواد دارای خصوصیات نیمه‌هادی مانند گالیم نیترید را بر روی سیلیکون فراهم می‌سازد. با این فن‌آوری تراشه‌های رایانه‌ای از نوع مختلط می‌توانند ساخته شوند. این پژوهش به احتمال زیاد منجر به تولید ترانزیستورهایی با کارآیی و توان بسیار بالا خواهد شد که در بسیاری از کاربردهای تجاری و ارتباطات نظامی مورد نیاز هستند.»

این پژوهش را دکتر نارایان و توماس رادانوویچ، دانشجوی اسبق دکترای دانشگاه ایالت کارولینای شمالی، به انجام رساندند که در Applied Physics Letters منتشر شد و امتیاز حق ثبت را نیز از ایالات متحده اخذ کرد (به شماره‌ی ثبتِ 20050124161).

سازمان NSF در حال حاضر بر روی پژوهش دیگری در همین زمینه که نارایان انجام می‌دهد، سرمایه‌گذاری می‌کند. در همین حین نیز، یک شرکت آمریکایی در تلاش برای دریافت مجوز این فن‌آوری است.

با اعلام پژوهشگران «مرکز پژوهشی آلمادِن شرکت IBM» مبنی بر کاهش زمان تصویربرداری میکروسکوپ STM [1] از یک اتم، سر و صدایی در بین اخبار نانوفن‌آوری ایجاد شده است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، پیش از این، زمان تصویربرداری یک میکروسکوپ STM از اتم، تنها در حد میلی‌ثانیه بود که این مقدار با پیشرفت جدید به دست آمده توسط IBM، به نانوثانیه رسیده است. برای این که درک صحیحی از تفاوت این دو زمان داشته باشید، فرض کنید که یک میلی‌ثانیه معادل با 30 سال است، در این صورت یک نانوثانیه تنها معادل است با یک ثانیه.

پژوهشگران IBM که ابتدا حاصل کار خود را در مجله‌ی ساینس، نسخه‌ی 24 سپتامبر، منتشر کردند، با به کارگیری روش اندازه‌گیری «الکترود تپشی» [2] موفق شدند به این افزایش فوق‌العاده در سرعت دست یابند. در این روش، اختلاف زمانی بین پالس سریع ولتاژ که اتم را تهییج می‌کند و سپس پالس ضعیف‌تر ولتاژ که مقدار مغناطیس‌شوندگی اتم را پس از تهییج اندازه‌گیری می‌کند، باعث ایجاد یک چهارچوب زمانی برای هر اندازه‌گیری می‌شود. میکروسکوپ STM که با سرعت 100 میلیون فریم در ثانیه عکس‌برداری می‌کند، تصویر نسبتاً متحرکی از حرکت مغناطیسی اتم ایجاد می‌کند.

برخی، این پیشرفت را گامی در جهت به نتیجه‌ی قطعی رساندن قانون مور تلقی می‌کنند. برای مثال می‌توان به ذخیره‌ی اطلاعات در یک اتمِ تنها اشاره کرد. در واقع، روش عکس‌برداری به کار گرفته شده توسط پژوهشگران نشان‌دهنده‌ی این بود که با انجام عملیات گوناگون بر روی اتم، توانایی آن‌ها برای ذخیره‌ی اطلاعات به شدت افزایش می‌یابد.

پیش از این تصور می‌شد که یک اتم آهن تنها می‌تواند به مدت یک نانوثانیه، اطلاعات را در خود ذخیره نماید. پژوهشگران در روش جدید خود، اتم آهن را نزدیک اتم‌های مس مغناطیس‌نشده قرار دادند و دریافتند که اتم آهن در این حالت می‌تواند اطلاعات را به مدت 200 نانوثانیه در خود نگه دارد. اگر این روش در اختیار پژوهشگران قرار نداشت، آن‌ها قادر نبودند این پدیده را به درستی مشاهده کنند.

دکستر جانسون، از نویسندگان IEEE Spectrum، گفت: «مشاهده‌ی پدیده‌ی مذکور توسط پژوهشگران IBM قابل تحسین است. این یک پیشرفت مهم در پژوهش نانو-مقیاس به شمار می‌رود ولی نباید کسی منتظر عرضه‌ی محصولات تجاری، در زمانی نزدیک، باشد. پژوهشگران IBM نیز از همان ابتدا در گزارش‌های منتشرشده، روی این موضوع سرپوش گذاشته‌اند.»

آندرس هاینریش، عضو کادر پژوهشی IBM و سرپرست گروه علم نانو-مقیاس در آزمایشگاه آلمادن، طی مصاحبه‌ای با eWeek اظهار داشت: «هنوز خیلی زود است که بگوییم چگونه این پیشرفت جدید منجر به ظهور فن‌آوری‌های مربوط به تولید محصولات در این زمینه خواهد شد. به نظر می‌رسد 2 تا 5 سال دیگر طول بکشد تا تشخیص داده شود که آیا اتم‌ها می‌توانند اطلاعات را به جای چند نانوثانیه، برای ساعت‌ها یا روزها و یا حتی طولانی‌تر مثلاً 15 سال یا بیش‌تر در خود نگه دارند. در این صورت است که می‌توان گفت این پژوهش منجر به تولید محصولاتی نیز خواهد شد.»

مایکل کرومی، استاد فیزیک دانشگاه کالیفرنیا برکلی و پژوهشگر دانشکده در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، طی گفتگویی بیان داشت: «من، به خصوص، به امکان تعمیم این پیشرفت به سایر سیستم‌ها علاقه‌مند هستم. به عنوان نمونه‌ای از این سیستم‌ها می‌توان به فتوولتائیک‌ها اشاره کرد که ترکیبی از کیفیت بالای زمانی و فضایی به ما کمک خواهد کرد تا درک بهتری از فرآیندهای گوناگون نانو-مقیاس داشته باشیم. درک صحیح از فرآیندهای نانو-مقیاس برای انرژی خورشیدی، شامل جذب نور و تجزیه‌ی بار، دارای اهمیت است.»

اطلاعات اضافی:

[1]. Scanning Tunneling Microscope: میکروسکوپی قدرتمند برای عکس‌برداری در مقیاس اتمی است. برای اطلاعات بیش‌تر به این آدرس مراجعه کنید.

[2]. Pump probe: برای اطلاعات بیش‌تر به این آدرس مراجعه کنید.

پژوهشگران امریکایی موفق شدند اولین «ابرخازن» متناوب فرکانس‌بالا را که دربردارنده‌ی الکترودهای گرافینی است، تولید کنند. این ابرخازن‌ها که بسیار کوچك‌تر از خازن‌های معمولی هستند، می‌توانند در کاربردهایی نظیر CPUها و سایر مدارهای مجتمع کوچک مورد استفاده قرار گیرند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از نانوتِک‌وب، خازن‌ها عناصری هستند که بار الکتریکی را در خود ذخیره می‌کنند و «ابرخازن‌ها»‌ که به طور دقیق‌تر به عنوان خازن‌های الکتریکی دو لایه (DLC) یا خازن‌های الکتروشیمیایی و یا فراخازن‌ها شناخته می‌شوند، می‌توانند میزان بار بسیار بزرگ‌‌تری را ذخیره نمایند. علت اینکه ابرخازن‌ها بار بیشتری را ذخیره می‌نمایند این است که، هنگامی که ولتاژ به این خازن‌ها اعمال می‌شود، در سطح مشترک الکترولیت-الکترود، لایه‌ی دوگانه‌ای شکل می‌گیرد.

ابرخازن‌های تجاری در مقایسه با باتری‌ها از توان بسیار بالاتری برخوردارند؛ ولی این عناصر در اصل DC هستند. این بدین معنی است که ابرخازن‌های تجاری برای شارژ و دشارژ کامل، چندین ثانیه زمان می‌برند. این عناصر در فرکانس‌های زیر 0.05 هرتز به خوبی کار می‌کنند و به همین خاطر برای کاربرد در وسایل نقلیه‌ی هیبریدی مناسب هستند؛ چراکه ابرخازن‌های تجاری به کار رفته در این وسایل نقلیه، بیشتر از 10 ثانیه فرصت دارند تا شارژ شوند (هنگام ترمز کردن) و همچنین 10 ثانیه نیز برای دشارژ فرصت دارند (هنگام گاز دادن). با این وجود، این عناصر در فرکانس‌های بالاتر کارآیی خود را به شدت از دست می‌دهند و به تدریج، به جای عملکرد خازنی، رفتار مقاومتی از خود نشان می‌دهند؛ به این خاطر که معمولاً الکترودهای این عناصر که از ماده‌ی رسانایی با سطح مقطع بزرگ مانند کربن فعال‌شده ساخته شده‌اند، دارای منفذهایی هستند و منفذهای موجود در الکترودهای این عناصر باعث افزایش مقاومت آن‌ها می‌شود.

جان آر میلر با همراهی گروهي از شرکت JME واقع در شهر شِیکر هایتس و دانشگاه کیس وسترن رزرو واقع در شهر کلِوِلند که هر دو در ایالت اوهایو قرا دارند، با توسعه‌ی اولین ابرخازن بر این مشکل چیره گشته‌اند. ابرخازنی که آن‌ها ساخته‌اند، شامل الکترودهای گرافینی با سطح مقطع بزرگ است که ورقه‌های کربنی آن به صورت عمودی جهت داده شده‌اند و به هیچ وجه دارای منفذ نیستند. فرکانس کاری این ابرخازن فراتر از 5000 هرتز است که نسبت به DLCهای تجاری با ضریب 105 بهبود یافته است. علاوه بر این، ابرخازن‌های جدید شش برابر کوچک‌تر از خازن‌های ولتاژپایین دارای الکترولیت‌های آلومینیمی هستند و زمان شارژ و دشارژ آن‌ها در فرکانس‌های بالا، بسیار کوچکتر از 1 میلی‌ثانیه است.

گرافین ماده‌ای است که از ورقه‌های دو بعدیِ کربنی که تنها به اندازه‌ی یک اتم ضخامت دارند، تشکیل یافته است. پژوهشگران گرافین را با استفاده از فرآیند شیمیایی رسوب‌گیری بخار و با کمک پلاسما، بر روی یک فلز توسعه دادند.

به گفته‌ی این گروه پژوهشی، ابرخازن‌های جدید برای کاربردهای فرکانس‌بالا توسعه یافته‌اند و به همین دلیل وجود ورقه‌های گرافینی که به صورت عمودی جهت داده شده‌اند، بهترین روش است. خازن‌های DLC دارای صفحه‌های تیزی هستند که می‌توانند به ازای هر یک سانتی‌متر مربع، ظرفیت خازنی بین 50 تا 70 میکروفاراد را فراهم نمایند. این در حالی است که صفحه‌های معمولی تنها قادرند 3 میکروفاراد ظرفیت خازنی در هر سانتی‌متر مربع ایجاد کنند. صفحه‌های ابرخازن‌های جدید به دلیل مساحت بزرگ‌تر، به طور مستقیم قابل دسترسی هستند؛ به این معنی که بار الکتریکی به جای اینکه در مناطق مختلفی پخش شود، می‌تواند در نقاط معینی ذخیره شود. مورد دیگر، وجود ساختار نانوورق‌های کربنی«انباشته شده» است که این اطمینان را می‌دهد که منفذها کاهش یافته‌اند و به این ترتیب مقاومت نیز کاهش می‌یابد. این نانوورق‌ها به نوبه‌ی خود رسانای بسیار خوبی هستند. میلر گفت: «این ویژگی‌ها به این معنی است که این ادوات خازنی می‌توانند منجر به تولید خازن‌های کوچکتر و فرکانس‌بالاتر شوند و در سیستم‌های ولتاژپایین مانند CPUها و مدارهای مجتمع مشابه به کار روند».

میلر در ادامه اضافه می‌کند، همچنین پژوهش صورت گرفته می‌تواند انواع جدیدی از مدارهای الکترونیکی را که از ظرفیت‌های خازنی بسیار بزرگ‌تری استفاده می‌کنند قادر سازد تا روند رو به رشد خود را ادامه دهند.

گروه پژوهشی مذکور از دانشمندانی از کالج ویلیام و مِری، واقع در شهر ویلیامز‌بِرگ و آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته‌ی دفاعی، که هر دو در ایالت ویرجینیا قرار دارند، تشکیل یافته است. این گروه پژوهشی اکنون در نظر دارد روند توسعه‌ی ماده‌ی الکترود گرافین را ارتقا دهد و طرح تحقیقاتی خود را برای کاربرد در ادوات خازنی بهینه سازد.

این کار تحقیقاتی در مجله‌ی ساینس منتشر شده است.

اطلاعات اضافی:

مزایای ابرخازن‌ها:
- چرخه‌ی کاری تقریباً نامحدود، عمر 10 تا 12 ساله
- امپدانس کم
- زمان شارژ در چند ثانیه
- خطر اضافه شارژ خازن را تهدید نمی‌کند.
- تعداد دفعات بسیار زیاد شارژ و دشارژ
- بازده چرخه‌ی کار بالا (95% یا بالاتر)
- هزینه‌ی فراخازن‌ها و ابرخازن‌ها به ازای هر وات، نسبتاً گران است.

برای اطلاعات بیشتر در مورد خازن‌های DLC به این آدرس مراجعه نمایید.

گروه بین‌المللی‌ای از فیزیکدانان دانشگاه آگزبرگ آلمان، دانشگاه فلوریدا، و مؤسسه‌ی نیلز بور در دانشگاه کوپنهاگن موفق شدند مدلی نظری از نقص‌های میکروسکوپیک ابررساناها ایجاد کنند و علت اصلی افت شدید جریان الکتریکی را کشف کنند. نتایج این پژوهش در مجله‌ی علمی Nature Physics منتشر شده است.

در حالی که بحث‌های سیاسی و علمی بر روی بحران انرژی جهانی متمرکز است، پژوهش‌ها نیز بر روی روش‌های دیگری برای تولید انرژی و راه‌های جدید کاهش مصرف انرژی تمرکز دارد. ابررسانا بر پایه‌ی یک حالت کوانتومی پیچیده قرار دارد و می‌تواند برای انتقال انرژی با کم‌ترین تلفات به کار رود.

دمای پایین، منجر به مقاومت کمتر می‌شود

پدیده‌ی ابررسانایی حدود یک قرن است که شناخته شده است، اما، مشکلی که تاکنون وجود داشته این بوده که ابررساناها فقط در دماهای بسیار پایین کارایی دارند؛ دماهایی که بسیار سخت به دست می‌آیند. اولین ابررساناها تا دماهای کمی بالاتر از صفر مطلق (273- درجه‎ی سانتی‌گراد) سرد می‌شدند.

25 سال پیش بود که استفاده از ابررساناها برای الکتریسیته به مرز تحقق بسیار نزدیک شد. پس از این بود که کشف شد ویژگی‌های ابررسانایی برخی ترکیب‌های اکسید مسی به وسیله‌ی سرد کردن هوای مایع در دماهای بسیار پایین بهبود می‌یابد. امروزه دمای ابررسانا شدن مواد اکسید مسی به حدود 140- درجه‌ی سلسیوس رسیده است.

نقص‌های کوچک موجب صدمات بزرگ می‌شود

اما یک مانع دیگر در استفاده از ابررساناها وجود دارد - نقص‌های میکروسکوپیک که تقریباً در تمام مواد یافت می‌شود. نقص‌های کوچک در مرز بین هر کدام از مرزدانه‌ها [1]، انتقال جریان الکتریکی در ابررسانا را تحت تاثیر قرار می‌دهد. تاکنون کسی موفق به درک نظری این پدیده نشده است، اگرچه این تاثیر از طریق آزمایش‌ها به خوبی شناخته شده است و نیز روش‌های گوناگونی برای بهبود ویژگی‌های فیزیکی این مواد وجود دارد.

درک نظری

برایان اندرسن، فیزیکدان مؤسسه‌ی نیلز بور دانش‌گاه کوپنهاگن، شرح داد: "ما مدلی نظری از نقص‌های میکروسکوپی در این مواد را ایجاد و جریان ابررسانایی را شبیه‌سازی کرده‌ایم. ما موفق به شناسایی بار الکتریکی متراکم در مرز بین محورهای بلوری غیرجهت‌دار مختلف به عنوان علت اصلی افت شدید جریان الکتریکی شدیم."

در حال حاضر درک نظری از ابررساناهای دمابالا می‌تواند در انجام پژوهش بیشتر برای روش‌هایی به کار رود که می‌توانند انتقال انرژی را در مواد اکسید مسی بهبود دهند. این پژوهش‌ در نهایت می‌تواند منجر به کاربرد ابررساناهای انرژی‌بالا برای تامین برق شود.

اطلاعات اضافی:

[1] مرزدانه (grain boundary) نوع خاصی از سطح مشترک جامد-جامد است که در دو سمت آن، فاز یکسان است ولی جهت فضایی محورهای بلوری متفاوت است. مرزدانه‌ها نوع خاصی از عیب‌های بلوری صفحه‌ای به شمار می‌روند که در ریزساختار ماده، نواحی بین دانه‌ها را تشکیل می‌دهند.

وب‌سایت نانوفن‌آوری Nanowerk، طی خبری ابراز داشت کره‌ی جنوبی اعلام کرده است که قادر است با استفاده از نانوسیم‌های پیزوالکتریک، انرژی الکتریکی مورد نیاز ادوات الکترونیکی بسیار کوچک را تأمین کند.

این نانوسیم‌ها می‌توانند صوتی با انرژی بزرگ‌تر از 100 دسی‌بل را به انرژی مورد نیاز برای تغذیه‌ی ادوات الکترونیکی بسیار کوچک از قبیل: «حسگرهای خود تغذیه، کاغذ الکترونیکی [1] و یا دستگاه‎‌های بسیار کوچک قابل کاشت در بدن انسان»، تبدیل کنند. هدف از آغاز این پروژه این است که دستگاه‌های بزرگ‌تر، زمانی که نانوموادهای جدیدی توسعه داده شدند، تغذیه شوند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، طبق گفته‌های دکتر جونگ مین کیم، سرپرست آزمایشگاه پژوهشی فرونتیئر، مؤسسه‌ی پیشرفته‌ی فن‌آوری سامسونگ (SAIT) و سونگ وو کیم، استاد رشته‌ی مهندسی و علوم مواد پیشرفته در دانشگاه سانگکیونکوان (Sungkyunkwan)، استفاده از انرژی مکانیکی گرفته شده از صوت برای تولید انرژی الکتریکی، با بهره‌گیری از دستگاه‌های معمولی تشکیل شده از مواد [2] PZT و یا دستگاه ذخیره کننده‌ی انرژی پیزوالکتریک که دارای لایه‌ی نازکی است، کار بسیار دشواری است؛ که البته پژوهشگران با به کارگیری نانوسیم‌های اکسیدِ روی بر این مانع چیره شدند.

این نانوسیم‌ها نقش ماده‌ی پیزوالکتریک را بازی می‌کنند و از حساسیت لازم برای واکنش نسبت به انرژی صوت برخوردارند. دستگاه نانومولدی که آن‌ها تولید کردند قادر است انرژی بزرگ‌تر از 100 دسی‌بل را به ولتاژ خروجی متناوب 50 میلی‌ولت تبدیل کند.

این پژوهش در 30 آگوست 2010 در نسخه‌ی آنلاین «Advanced Materials» منتشر شده است.

واضح‌ترین کاربرد این فن‌آوری در تلفن‌های همراه است. چرا که مکالمات صوتی فرد می‌تواند برای تغذیه‌ی خود گوشی به کار رود. با این وجود، چون انرژی صوت انسان حدود 60 تا 70 دسی‌بل است و در حال حاضر دستگاه جدید ساخته شده نمی‌تواند از صوت‌های دارای انرژی کوچک‌تر از 100 دسی‌بل انرژی تولید کند، بنابراین باید کار بیشتری در این زمینه صورت گیرد.

پژوهشگران معتقدند بزرگ‌ترین مانعی که آن‌ها باید از پیش روی خود بردارند، محدودیت‌های اکسیدِ روی است. آن‌ها بر این باورند که برداشته شدن این محدودیت‌ها می‌تواند به آن‌ها کمک کند تا دستگاهی را در آینده طراحی کنند که کارکرد پیزوالکتریک در آن بهبود داده شده است.

اطلاعات اضافی:

[1]. e-paper یا electronic ink display نوعی صفحه نمایش الکترونیکی است که از خصوصیات جوهر معمولی بر روی کاغذ تبعیت می‌کند. برخلاف صفحه نمایش‌های معمولی، این صفحه نمایش‌ها نور را همانند کاغذ معمولی، از سطح صفحه منعکس می‌کنند. کاغذهای الکترونیکی قادرند متن و تصویر را بدون استفاده از برق در خود نگه دارند و این امکان وجود دارد تا بعداً بتوان آن‌ها را تغییر داد.

[2]. piezoelectric transducer : ماده‌ای است از ترکیب سرب، زیرکونیم، و تیتانیت که خصوصیات پیزوالکتریکی از خود نشان می‌دهد.

برای اطلاعات بیشتر به این آدرس مراجعه فرمایید.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، دانشمندان دانشگاه اوکایامای ژاپن کشف کردند که اگر اتم‌های پتاسیم با بلورهای هیدروکربن پیسن (picene) ترکیب شوند، وقتی این پیسنِ ناخالص شده سرد شود، تبدیل به ابررسانا می‌شود.

در سال 1911 یک دانشمند هلندی به نام هیک کامرلینگ اونس کشف کرد، زمانی که ماده در دمایی پایین‌تر از دمای تبدیل (Tc) قرار داشته باشد، الکتریسیته از ابررسانا، بدون هیچ مقاومتی جاری می‌شود. او فقدان مقاومت را با ایجاد یک جریان الکتریکی در حلقه‌ی بسته‌ای از ابررسانای جیوه نشان داد. با وجود قطع ولتاژ محرک، جریان در طول نقل و انتقال این ابررسانا از هلند به انگلستان همچنان ادامه داشت.

پیسن (C22H14)، ترکیبی زیستی است که به طور طبیعی در قطران زغال‌سنگ و همچنین پسماند فرآیند پالایش نفت خام یافت می‌شود. این ماده یک نیمه‌رسانا ست. اما، پژوهشگران به سرپرستی یوشیهیرو کابوزونو دریافتند که اتم‌های یک قلیا مانند روبیدیم یا پتاسیم، با ناخالص کردن ترکیب پیسن، می‌توانند آن را تبدیل به یک ابررسانا با دمای تبدیل 18 درجه‌ی کلوین (255- درجه‌ی سلسیوس) و پایین‌تر ‌کنند که دمای نسبتاً بالایی برای ابررساناها ست. پروفسور کابوزونو گفت که پیسن، اولین نمونه‌ی یک ابررسانای هیدروکربن است؛ هرچند دانشمندان توانسته بودند ابررساناهایی از ترکیب کربن فولرین (C60) تولید کنند که با پتاسیم ناخالص شده بود.

مولکول پیسن، شبیه پنج حلقه‌ی بنزن است که در یک خط به هم متصل شده‌اند. این مولکول یک مولکول مسطح است که از روی هم انباشته شدن این مولکول‌ها به صورت لایه لایه، بلورها تشکیل می‌شوند. وقتی پژوهشگران پیسن را با پتاسیم گرم کردند، این گرما موجب قرار گرفتن اتم‌های قلیا بین لایه‌ها شد و رسانایی آن را در صفحه‌های موازی با لایه‌ها بهبود بخشید.

پژوهشگران هم‌اکنون در حال آزمایش فلزات دیگر شامل سزیم و سدیم با پیسن هستند و همچنین به دنبال سایر هیدروکربن‌ها برای ابررسانایی. مقاله‌ی این پژوهش در مجله‌ی Nature منتشر شده است. کوماس پراسیدس از دانشگاه دورهام، در یادداشتی که بر این مقاله در همین مجله نوشته است، از این کار با عنوان «خبر شگفت‌انگیز برای پژوهشگران ابررسانایی» یاد می‌کند. او پیش‌بینی کرده است که این پژوهش، بسیاری را به کار بر روی هیدروکربن‌ها برای تایید پژوهشگران ژاپنی و نیز کشف هیدروکربن‌های دیگر با قابلیت تبدیل شدن به ابررسانا ترغیب خواهد کرد.

دانشمندان طی آزمایشی با استفاده از پرتوهای نیرومند اشعه‌ی ایکس به الگویی جالب توجه در یک ابررسانا دست یافتند. در نوع خاصی از ابررساناها، اتم‌های اکسیژن از نظر فیزیکی شبیه یک فراکتال [1] آرایش یافته‌اند و از همان الگو، در مقیاس‌های کوچک و بزرگ پیروی می‌کنند.

فراکتال‌ها در جاهای مختلفی از جمله کلم بروکلی، خط ساحلی انگلستان و بازارهای مالی دیده می‌شوند. طبق گزارش دانشمندان در نسخه‌ی 12 آگوست مجله‌ی Nature، الگوی فراکتال موجب افزایش بازدهی این ابررسانا می‌شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از ساینس‌نیوز، این مطالعه‌ی جدید، «فیزیک تجربی در بهترین حالت» نام دارد. جان زانن، فیزیکدان دانشگاه لیدن هلند، گفت: «ماشین جدیدی ساخته می‌شود و شگفتی‌ای به بار می‌آورد که کسی انتظار آن را ندارد.»

به گفته‌ی آنتونیو بیانکونی از دانشگاه ساپی‌انزای رم، اگر چه این پژوهشگران هنوز نمی‌دانند چگونه این الگو ایجاد می‌شود و یا چرا این الگو ابررسانایی را بهبود می‌دهد، اما آن‌ها امیدوارند که این کشف به توسعه‌ی ابررسانایی در دمای اتاق کمک کند. فیزیکدانان در تلاش‌ هستند که ابررسانایی در دماهای بالاتری رخ دهد؛ اما، موفق‌ترین آن‌ها هم هنوز در میانه‌ی راه بین صفر مطلق و دمای اتاق باقی مانده‌اند.

بیانکونی و گروه وی با مطالعه بر روی یک ابررسانای اکسید مسی که تقریباً در دمای 233- درجه‌ی سلسیوس شکل می‌گیرد، شیوه‌ی جدیدی برای تشخیص ساختار جزئی‌تر اتم‌های این ماده توسعه دادند. آن‌ها این ابررسانا را با اشعه‌ی ایکس قدرتمند بمباران کردند و الگوی پراش حاصل شده، محل اتم‌ها را مشخص کرد.

این گروه می‌دانستند که این ماده شبیه یک کیک چند لایه است، با لایه‌هایی از ابررسانای اکسید مس همراه با چند لایه‌ی جداکننده‌ی دیگر. در دماهای بالاتر، اتم‌های اکسیژن به گردش در لایه‌های جداکننده تمایل پیدا می‌کنند. اما، با افت دما ساکن می‌شوند. به نظر می‌رسد این اتم‌های اکسیژن و الکترون‌هایی که آن‌ها به نقاطی به نام تهی‌جا (vacancy) می‌آوردند، در افت مقاومت شرکت می‌کنند که این به ابررسانایی کمک می‌کند. تاکنون کسی نتوانسته بود این ساختار را با این وضوح ببیند.

بیانکونی و گروه وی زمانی که دریافتند این الگوی تشکیل شده از اتم‌های اکسیژن، یک فراکتال است، شوکه شدند. این الگو در مقیاس یک میکرومتر شبیه حالتی دیده می‌شد که در مقیاس 400 میکرومتر نیز رخ می‌داد.
به گفته‌ی بیانکونی، این خودتشابهی در ابررساناها کاملاً غیرمنتظره بود. وی افزود: «ما بسیار شگفت‌زده شدیم. این موضوع برای ما غیرقابل باور بود. ما به هیچ وجه انتظار دیدن الگوی فراکتال را نداشتیم.»

این گروه برای بررسی اینکه الگوی فراکتال چقدر اهمیت دارد، از گرم کردن و سپس خنک کردن سریع ابررسانا استفاده کردند. در دماهای بالاتر، بلورهای با الگوی فراکتالِ قوی‌تر بهتر از الگوهای ضعیف‌تر ابررسانا می‌شدند. این گروه به این نتیجه رسیدند که الگوی فراکتال عملکرد ابررسانا را بهبود می‌بخشد.

البیو داگوتو، فیزیکدان دانشگاه تنیزی در ناکسویل و آزمایشگاه ملی اوک ریج شرح داد: «این یافته بسیار شگفت‌آور است؛ چون توانست نگرش جدیدی را برای حل مشکل ابررسانایی در دمای بالا بگشاید.»

به گفته‌ی بیانکونی، درک اینکه چرا الگوی فراکتال در این بلورهای اکسید مس شکل می‌گیرد و چگونه این الگو در ابررسانایی تاثیرگذار است، پرسش‌های بزرگ بعدی هستند. با کشف جزییات، پژوهشگران می‌توانند آرایش اتم‌های اکسیژن را برای طراحی ابررساناهای بهتر کنترل کنند؛ شاید، ابررساناهایی که بتوانند حتی در دمای اتاق کار کنند.

اطلاعات اضافی:

[1]. فراکتال ساختاری است که هر جزء با کل آن متشابه است.

دانشمندان موسسه‌ی JILA با همکاری نظریه‌پردازان ایتالیایی، شباهت جالب توجه دیگری بین گازهای اتمی بسیار سرد و ابررساناهای دمابالا کشف کردند. این موضوع نشان می‌دهد که ممکن است برای رفتارهای یکسان این دو سیستم متفاوت، توضیح مشترک ساده‌ای وجود داشته باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از ساینس سنتریک، این پژوهش که در مجله‌ی Nature Physics منتشر شده است، در واقع تاییدی است بر این ایده که مطالعات JILA در مورد ابرسیالی (شارش با اصطکاک صفر) گازهای اتمی، می‌تواند به دانشمندان در درک موضوع بسیار پیچیده‌ی ابررساناهای دمابالا (موادی جامد با مقاومت صفر در برابر جریان الکتریکی) کمک کند. ابررساناهای دمابالای شناخته شده، تنها در دماهای زیر دمای اتاق ابررسانا هستند. درک جزئی‌تر چگونگی کارکرد این مواد می‌تواند روزی منجر به کاربردهای عملی از جمله انتقال برق پربازده در شبکه‌های قدرت شود.

گروه JILA مطالعه‌ای انجام دادند درباره‌ی چگونگی رفتار اتم‌ها در گاز فِرمی، زمانی که این اتم‌ها از حالت چگالش بوز-انیشتین (که در آن جفت‌اتم‌ها مولکول‌های بسیار مقیدی را تشکیل می‌دهند) عبور می‌کنند تا رفتاری شبیه جفت‌الکترون‌های جدا در یک ابررسانا داشته باشند. در این مطالعه‌ی جدید، دانشمندان JILA از روشی که در سال 2008 برای کشف ویژگی‌های دقیق انرژی اتم‌های بسیار سرد توسعه داده بودند، استفاده کردند. این روش منطبق بر طیف‌بینی تابش نور (photoemission spectroscopy) است که مدت زمان زیادی است از آن برای بررسی انرژی الکترون‌های مواد مختلف استفاده می‌شود. چندی پیش یک گروه پژوهش بر روی ابررساناها نیز از طیف‌بینی تابش نور الکترونی استفاده کرد تا دلیل جفت شدن الکترون‌ها در دماهای بالاتر از دمای بحرانی را کشف کند که در آن، ماده از ابررسانا به یک رسانای عادی تبدیل می‌شود. در این پژوهش، موضوع مورد بحث، چگونگی رخداد این دوگانگی بود.

دانشمندان JILA آزمایش‌های مشابهی روی گاز بسیار سردی از اتم‌های پتاسیم، در دماهایی که ابرسیالی از بین می‌رود و همچنین در دماهای بالاتر از آن انجام دادند. گروه JILA نیز مانند گروه پژوهشی ابررساناها، جفت شدن اتم‌ها در دمای بالاتر از دمای بحرانی را کشف کرد. این موضوع، وجود ناحیه‌ی شکاف کاذب (pseudo-gap region)‌ را ثابت می‌کند که در آن، سیستم، تنها تعدادی از جفت‌فرمیون‌های هم‌بسته را حفظ می‌کند، و نه تمام ویژگی‌های ابرسیالی را. می‌توان گفت که این یافته‌ها به خاطر پیشرفت مهمی میسر شد که در تقویت سیگنال طیف‌بینی انتشار نور اتمی از سال 2008 صورت گرفت.

دیبورا جین، عضو NIST و JILA، گفت: «چیزی که این موضوع را جالب می‌کند، این است که این دو سیستم در حقیقیت بسیار متفاوت هستند؛ ابررسانای دمابالا بسیار پیچیده‌تر از گازهای اتمی است. مشاهده‌ی رفتار مشابه در آزمایش‌های مشابه، نشان می‌دهد که داشتن حالت شکاف کاذب نیازی به توضیحات پیچیده ندارد.»

موسسه‌ی JILA با همکاری موسسه‌ی ملی استانداردها و فن‌آوری (NIST) و دانشگاه کلورادو کار می‌کند.

از زمانی که دسته‌ی جدید ابررساناها در سال 2008 کشف شد، پژوهش‌های بسیار زیادی در سراسر جهان به سرعت آغاز شد. ساختار بنیادین این دسته از ابررساناها برخلاف ابررساناهای مشهور سرامیک مس (کاپریت‌ها)، از ترکیبات آهن تشکیل شده است. با توجه به این که ساختار این ترکیبات نسبت به کاپریت‌ها از بسیاری جهات متفاوت است، این امید وجود دارد که نگرش جدیدی بر چگونگی رخداد پدیده‌ی ابررسانایی ایجاد شود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، پژوهشگران آلمانی از موسسه‌ي هلمهولتز-زنتروم برلین (HZB) با همکاری یک گروه پژوهشی بین‌المللی، خاصیت مغناطیسی‌ای را کشف کرده‌اند که عموماً در تمام ابررساناهای بر پایه‌ی آهن رخ می‌دهد؛ حتی اگر ترکیبات پایه‌ای که این ابررساناها از آن‌ها ساخته شده‌اند، ویژگی‌های شیمیایی متفاوتی داشته باشند. یافته‌های این پژوهشگران در مجله‌ی Nature Materials چاپ شده است.

به طور کلی ابررساناها، با «ناخالص» کردن این به اصطلاح ترکیبات پایه تولید می‌شوند. این ناخالص کردن، به معنی وارد کردن اتم‌های خارجی به این ترکیبات است. در اینجا رابطه‌ای بسیار قوی بین خاصیت مغناطیسی و ابررسانایی وجود دارد که هر دو، از ویژگی‌های مواد جامد هستند.

خاصیت مغناطیسی، در ابررساناهای متداول همچون ابررساناهای به کار رفته در دستگاه‌های MRI، کنش‌ و واکنش‌هایی را که منجر به ابررسانایی در شبکه‎ی بلوری می‌شوند، بر هم می‌زند. البته در ابررساناهای دمابالای شناخته شده از جمله کاپریت‌ها و ترکیبات آهن-آرسنیک، داستان متفاوت است. در این نوع ابررساناها، نیروهای مغناطیسی، حتی به شروع ابررسانایی نیز کمک می‌کنند. این ترکیبات ویژگی‌های مغناطیسی‌ای دارند که اگر در یک ساختار بلوری بروز پیدا کنند، نشان‌دهنده‌ی این واقعیت هستند که این ماده برای تبدیل شدن به ابررسانای دمابالا مناسب است.

با ابررساناهای جدید بر پایه‌ی آهن، به نظر می‌رسد که تقارن آرایش مغناطیسی دقیقا به تقارن سیگنال ابررسانایی مرتبط است.

دیمیتری آرگیریو از HZB و همکارانش، موفق به تولید بلورهای آهن- تلوریم- سلنیم شدند و ترکیبات شیمیایی آن‌ها را با استفاده از اشعه‌ی ایکس و پراش نوترون مشخص کردند. آن‌ها سیگنال‌های مغناطیسی در بلورها را با انجام آزمایش‌های پخش نوترون در راکتور پژوهشی BER II متعلق به HZB و نیز راکتور پژوهشی موسسه‌ی لو-لانگوین در گرنوبل اندازه‌گیری کردند.

آن‌ها کشف کردند که تقارن آرایش مغناطیسی، به طور قابل ملاحظه‌ای با ترکیبات بنیادی بر پایه‌ی آهن از جمله‌ ترکیبات آهن-ارسنیک تفاوت دارد. جالب این که هنوز این تفاوت، تاثیری در توسعه‌ی خاصیت ابررسانایی نداشته است. مشخص شد که سیگنال مغناطیسی حاصل از ابررسانایی، که اغلب با نام تشدید مغناطیسی شناخته می‌شود، همان تقارن آرایش مغناطیسی را دارد. این موضوع در همه‌ی ترکیبات آهن یکسان است و از قرار معلوم، یک مکانیزم کلی را دنبال می‌کند که موجب ابررسانایی در تمام این مواد می‌شود.

دیمیتری آرگیریو این خاصیت را این‌گونه توضیح می‌دهد: «با شناختی که ما از آرایش مغناطیسی ترکیبات آهن داریم، مواد آهن- تلوریم- سلنیم، نباید هیچ‌گونه خاصیت ابررسانایی از خود نشان دهند. اما موضوع کاملاً برعکس است؛ به‌رغم تفاوت‌هایی که در خاصیت مغناطیسی دارند، اثر ابررسانایی در آن‌ها یکسان است. حال اگر ما بدانیم که با توجه به شرایط آغاز متفاوت، ابررسانایی چگونه رخ می‌دهد، احتمالاً بتوانیم موادی را توسعه دهیم که حتی در دماهای بالاتر نیز ابررسانا شوند.»

تحقیق و پژوهش برای یافتن انواع حافظه‌های جدیدی که بتوانند در مقایسه با حافظه‌های دینامیک رایانه‌ها (DRAM) و حافظه‌های فلش قابل حمل با گیت شناور، اطلاعات بیش‌تری را ذخیره نمایند، عمق بیش‌تری به خود گرفته است. حافظه‌های رایج قبلی انجمن تحقیق و توسعه‌ی حافظه، به نام حافظۀ تغییر فاز (PC-RAM)، وارد مرحله‌ی تولید تجاری به صورت محدود شدند؛ ولی این نوع حافظه‌ها با مشکل توان روبرو هستند که این امر می‌تواند منجر به محدودیت کاربرد آن‌ها در آینده گردد. بنابراین به تدریج، سمت و سوی پژوهش‌ها، به سمت حافظه‌های مقاومتی (RRAM) معطوف می‌گردد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، اغلب حافظه‌های امروزی از قبیل DRAM، فلش و SRAM (حافظه‌ی استاتیک)، داده را به عنوان یک «بار الکتریکی» ذخیره می‌کنند. پژوهشگران حافظه معتقدند ابعاد سلول‌های این حافظه‌ها تقریباً به کوچک‌ترین حد ممکن خود رسیده‌اند و بنابراین در تلاشند بیت‌های داده‌ را به عنوان «مقاومت» ذخیره نمایند. برای این کار دو رقیب وجود دارد که هر دو، تحت عنوان حافظه‌های غیرفرار جای می‌گیرند. در اولی، حافظه‌ی PC-RAM، به ماده‌ای حرارت داده می‌شود، ساختار بلورین آن به حالت غیر بلورین تغییر می‌یابد و در نتیجه در مقاومت آن ماده، یک اختلاف قابل اندازه‌گیری ولی معکوس را ایجاد می‌کند. در مقابل، حافظه‌های مقاومتی (RRAM)، به جای استفاده از حرارت، از ولتاژ بهره می‌گیرند تا مقاومت ماده را به صورت معکوس تغییر دهند. (اگر این روال کار شبیه ممریستور به نظر می‌رسد، دلیلش این است که ممریستور، نوع خاصی از حافظه‌های RRAM به شمار می‌رود).

یکی از بزرگ‌ترین مزایای حافظه‌های مقاومتی این است که می‌توانند به طور باور نکردنی فشرده ساخته شوند به طوری که ماده‌ی کلیدزنی، بین دو الکترود عمودی قرار می‌گیرد (مطابق شکل). لوک واندن هاو، مدیر اجرایی مؤسسه‌ی بلژیکی تحقیقاتی نانو با نام Imec، در همایش Semicon West، یکی از همایش‌های مهم در زمینۀ تولید نیمه‌هادی که در ماه ژوئیه در سان فرانسیسکو برگزار شد، در جمع مهندسان اظهار داشت: «حافظه‌های مقاومتی «بالاترین شانس نامزدی» را به عنوان فن‌آوری تراشه‌های حافظه با ابعاد کوچک‌تر از 20 نانومتر دارا هستند. پیش بینی می‌شود این حافظه‌ها بعد از سال 2015 قابل دسترسی باشند.»

لیس آلتیمیم، مدیر برنامه‌ی حافظه در مؤسسۀ Imec عنوان داشت: «حافظه‌های مقاومتی هنوز هم در مقایسه با حافظه‌های تغییر فاز، در مرحله‌ی رشد اولیه قرار دارند اما این خبر بسیار نویدبخش است که ما بهترین فن‌آوری‌هایمان را برای کار در زمینه‌ی حافظه‌های مقاومتی به کار گرفته‌ایم.»

در واقع حافظه‌های مقاومتی این استعداد را دارند که از پس پاسخگویی به نیازمندی‍های سفت و سخت توانی تلفن‌های هوشمند و دستگاه‌های سیار که در حال حاضر بزرگ‌ترین بازار فلش را به خود اختصاص داده‌اند، برآیند. این حافظه‌ها همچنین می‌توانند نیازهای سرورهای مورد استفاده در مراکز داده را نیز برطرف سازند. پاول کیرش، سرپرست برنامۀ پردازش پیشرفته در شرکت‌ ائتلافی Sematech، در ایالت تگزاس شهر آستین، عقیده دارد: « حافظه‌های مقاومتی در راه رسیدن به یک موفقیت بزرگ در هر دو نوع کاربرد یاد شده قرار دارند: انتظار می‌رود هنگام کلیدزنی یک بیت، تنها یک فمتو ژول انرژی مصرف شود.»

همه‌ی حافظه‌های مقاومتی شبیه یکدیگر نیستند. هر نوع حافظۀ مقاومتی، دارای یک نوع مادة زیرلایه‌ای متفاوتی است که نشان‌ دهندة خصوصیات گوناگونی از قبیل زمان‌های دستیابی، دوام و استحکام، نگهداری، و مصرف توان است. جورج کیتل، دانشمند ارشد Imec، می‌گوید: «برخی از انواع حافظه‌های مقاومتی، خصوصیات نگهداری داده را از خود نشان می‌دهند که این خصوصیت برای حافظه‌های غیرفرار، ضروری است. در حالی که سایر انواع، زمان‌های خیلی سریع برای دستیابی (خواندن/نوشتن) را از خود بروز می‌دهند که این خصوصیت برای حافظه‌های اصلی شبیه DRAM مورد نیاز است.»

کیرش عقیده دارد مفاهیم فیزیکی که پایه و اساس RRAMها را تشکیل می‌دهند، به طور کامل درک نشده‌اند. برای مثال، یک سلول RRAM که میان دو الکترود اکسید فلز قرار گرفته است، هنگامی که ولتاژ، باعث ایجاد یک مسیر رسانا در دستگاه مقاومتی می‌شود، یک بیت را ذخیره می‌کند. پژوهشگران ابتدا گمان می‌کردند این مسیرهای رسانا، رشته‌های فلزی (فیلمان) بودند ولی اکنون بر این باورند که بهترین توصیف این است که مسیرهای رسانا، در واقع، دنباله‌ای از جاهای خالی اکسیژن هستند.

امسال، شرکت سامسونگ، غول تولید حافظه در جهان، محصول PC-RAM خود را معرفی کرد. شبیه این کار را شرکت Numonyx نیز که اکنون به مالکیتMicron Technology درآمده است، انجام داد. با این حال سامسونگ مجبور شد به دلیل مصرف انرژی خیلی بالا هنگام تغییر فاز در هندست‌ها (فرستنده و گیرنده‌ها)، نمونه‌های مهندسی خود را در ماه ژوئیه تحویل دهد. شرکت میکرون ابراز داشت در نظر دارد تراشۀ تغییر فاز یک گیگابیتی خود را در سال 2011 ارائه دهد. ولی در فن‌آوری آن جای تردید وجود دارد. آلتیمیم می‌گوید: «PC-RAMها به دلیل مشکلات توان هنگام کلیدزنی، جایگزین فلش یا DRAMها نخواهند شد.»

باب مریت، تحلیلگر حافظه در شرکت Convergent Semiconductors عقیده دارد بسیاری از آزمایشگاه‌ها از PC-RAMها به RRAMها روی آورده‌اند و یا برنامه‌های پژوهشی خود را در این زمینه شروع کرده‌اند. او می‌گوید: «در حال حاضر تعدادی از شرکت‌ها بر روی RRAMها فعالیت می‌کنند و در این زمینه، اعتماد به نفس بسیار زیادی نیز از خود نشان می‌دهند.»

ابررساناها یعنی موادی که جریان از آن‌ها بدون مقاومت عبور می‌کند، کاربردهای امیدبخشی دارند. این در حالی است که ابررساناهای با بالاترین دمای تبدیل نیز به خنک‌سازی فوق‌العاده‌ای نیاز دارند تا بتوانند اثرات خود را نشان دهند. بنابراین، پژوهشگران به دنبال درک زمان و چگونگی رخداد ابررسانایی هستند تا به این وسیله بتوانند این رخداد را به سمت دمای اتاق بکشانند. گروهی از پژوهشگران نشان دادند که در یک ابررسانای بر پایه‌ی مس، نواحی بسیار کوچکی که ابررسانایی ضعیفی دارند، در دماهای بالاتر، اگر توسط ابررسانایی قوی احاطه شده باشند، از بین نمی‌روند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از ساینس دیلی، این پژوهش به همراه نقطه‌نظرات جنی هافمن از دانشگاه هاروارد، در مجله‌ی Physical Review Letters به چاپ رسید.

پژوهشگران از مدت‌ها پیش می‌دانستند که در لایه‌های مجاور ماده‌ی ابررسانا و فلز، بین جریان ابررسانایی و جریان معمولی نشتی دوسویه‌ای وجود دارد. در ابررساناهای سرامیکی بر پایه‌ی مس، که از عناصر گوناگونی ساخته شده‌اند، ابررسانایی، در اندازه‌های نانو، بسته به اینکه کدام اتم‌ها در کنار هم باشند، تغییر می‌کند. این نواحی بسیار کوچک بر یکدیگر اثر می‌گذارند؛ تقریبا به همان شکلی که لایه‌های فلز و ابررسانا بر هم اثر متقابل دارند.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه پرینستون، آزمایشگاه ملی بروخاون و موسسه‌ی پژوهش‌های مرکزی صنعت توان الکتریکی در ژاپن، با استفاده از میکروسکوپ اسكنينگ تونلينگ [1] برای اولین بار بررسی کردند که این رویداد در مقیاس نانو چگونه رخ می‌دهد. آن‌ها با گرم کردن یک نمونه ابررسانا مشاهده کردند که ابررسانایی در دماهای مختلف، در نواحی‌ای که فقط چند نانومتر از هم فاصله دارند، از بین می‌رود. مشاهده می‌شد که ابررسانایی فقط به ویژگی‌های یک ناحیه بستگی ندارد، بلکه به نواحی مجاور نیز وابسته است. به نظر می‌رسد که نواحی با ابررسانایی قوی‌تر به نواحی با ابررسانایی ضعیف‌تر کمک می‌کنند که در دماهای بالاتر از بین نروند.

پژوهشگران می‌توانند با استفاده از مدیریت ریزساختار ابررسانا، از این اثر متقابل بهره ببرند تا ناحیه‌های با ابررسانایی قوی، بیشترین سود را برای ناحیه‌های ضعیف داشته باشند. این امر می‌تواند منجر به تولید ماده‌ای جدید شود که در دمای بالاتری نسبت به ابررساناهای سرامیکی با آرایش تصادفی، ابررسانایی داشته باشد.

اطلاعات اضافی:

[1]. میكروسكوپی كه از هیچ شعاعی برای تصویربرداری استفاده نمی‌كند بلكه برای نمونه، یك پروب حركت می‌كند و جریان‌های ضعیف الكتریكی بین پروب و نمونه اندازه‌گیری می‌شود. به این ترتیب، نقشه‌ای از سطح نمونه به دست می‌آید. این میكروسكوپ كه با نام میكروسكوپ گذاره نیز شناخته می‌شود در سال 1981 توسط گرد بینیگ و هاینریش روهرر اختراع شد. آن‌ها به خاطر اختراع این میكروسكوپ، در سال 1986 موفق به دریافت جایزه‌ی نوبل شدند. این اختراع به دانشمندان اجازه داد که نه تنها مولكول‌های كوچك، اتم‌ها و ذرات نانو را بررسی كنند، بلكه توانستند آنها را تحت كنترل خود درآورند.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه‌های لیورپول و دورهام، بخشی از یک معمای ابررسانایی را حل کردند. این راه حل می‌تواند به کاهش هزینه‌های فن‌آوری‌هایی از قبیل پویشگرهای MRI و برخی کاربردهای ذخیره‌ی انرژی که وابسته به ابررساناها هستند، کمک کند. نتایج این پژوهش، 19 می 2010 در مجله‌ی Nature منتشر شد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، دانشمندان با استفاده از سرویس اطلاعات علمی بین‌المللی (ISIS) و امکانات Diamond، در آزمایشگاه رادرفورد اپلتون (RAL)، مربوط به انجمن تسهیلات علم و فن‌آوری (STFC) و امکانات پرتوافکنی سینکروترون (شتاب‌دهنده‌ی الکترون) اروپا (ESRF) نشان دادند که چگونه ماده‌ی جدیدی که از اتم‌های فلز و باکی‌بال‌ها (مولکول‌های کوچک کربن 60 که شبیه توپ فوتبال هستند) ساخته شده است، تحت فشار، تبدیل به ابررسانای دمابالا می‌شود. فشار اعمالی، موجب کوچک شدن ساختار می‌شود. این فشار، به نیروی دافعه‌ی بین الکترون‌ها غلبه می‌کند و به الکترون‌ها این امکان را می‌دهد که جفت شده و بدون مقاومت درون ماده حرکت کنند.

پژوهشگران لیورپول و دورهام، برای کاهش برخی هزینه‌ها از جمله نگهداری این مواد در دمای بهینه و گسترش کاربرد آن‌ها، موفق به جذب سرمایه از انجمن پژوهش‌های علوم فیزیک و مهندسی برای برنامه‌ی پژوهشی راه‌های ساخت ابررساناهای دمابالا شدند. به عنوان مثال، پویشگر MRI، دارای یک آهن‌ربای ابررسانا به اندازه‌ی یک انسان است که باید درون هلیوم مایع نگهداری شود تا دمای ابررسانا در 270- درجه‌ی سلسیوس تنظیم گردد. در واقع هدف نهایی، رسیدن به ابررسانایی در دمای اتاق است. بدین ترتیب، نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده‌ی بزرگ و گران‌قیمت از بین خواهد رفت.

دکتر پیتر بیکر، متخصص ابزار ميون [1] در امکانات ISIS مربوط به STFC، گفت: «این پژوهش نشان می‌دهد که گرایش جهانی به مواد ابررسانای دمابالا وجود دارد. این پژوهش، گامی بزرگ به سمت درک طبیعت بنیادی ابررسانایی است. زمانی که بدانیم، ابررسانا چگونه عمل می‌کند، ساخت مواد ابررسانای دمابالا با ویژگی‌های خاص آسان‌تر خواهد بود. این امر، منجر به ساخت ابزار جدید و انتقال انرژی بی‌نهایت کارآمد خواهد شد.»

مزیت پژوهش بر روی مواد ابررسانای بر پایه‌ی کربن این است که این مواد می‌توانند با ساختارهای گوناگونی تولید شوند که ویژگی‌های آن‌ها نیز، تغییر می‌یابد. این در حالی است که اجزای فعال سایر ابررساناهای دمابالا همچون مواد اکسید مس، تنها به یک صورت آرایش می‌یابند. این انعطاف‌پذیری ساختاری، شیوه‌ی جدیدی را برای بررسی مکانیزم ابررساناهای دمابالا فراهم می‌آورد که منجر به آگاهی بیشتر در مورد چگونگی ساخت ابررساناهای دمابالا می‌شود. این پژوهش، یک الگوی جهانی در ابررسانایی مواد کربنی پایه‌ریزی کرد که می‌تواند به هدایت مدل‌های نظری آینده برای ابررسانایی کمک کند.

متیو روسینسکی، استاد شیمی آلی از دانشگاه لیورپول ابراز داشت: «ما برای اولین بار نشان دادیم که چگونه کنترل آرایش مولکول‌ها در ابررسانای دمابالا، باعث کنترل ویژگی‌های آن می‌شود. این امر ممکن است؛ چرا که ما، دو آرایش از یک واحد مولکولی پایه را کشف کردیم که هر دو ویژگی ابررسانایی و مغناطیسی را دارا بود.»

کوماس پراسیدس، استاد شیمی دانشگاه دورهام گفت: «این موضوع در زمینه‌ی ابررسانایی دمابالا مهم است؛ زیرا به ما این امکان را داد که مشاهده کنیم در چه نقطه‌ای، صرف‌نظر از ساختار دقیق اتمی، ابررسانایی، در خلال حالت عایقی بروز می‌کند؛ چیزی که پیش از این برای هیچ ماده‌ی شناخته‌شده‌ای امکان‌پذیر نبود.»

اطلاعات اضافی:

[1] ذره‌ي بنیادی شبيه الكترون با جرم ۲۰۷ برابر جرم الکترون، با بار الكتريكي منفي و اسپين يك دوم

آزمایش‌هایی که در موسسه‌ی ملی استانداردها و فن‌آوری (NIST) انجام شده است، به فیزیکدانان کمک می‌کند که درک بهتری از ابررساناهای دما‌بالا داشته باشند. رفتار این ابررساناها تا به الان، یعنی دهه‌ها پس از کشف آن‌ها، از بسیاری جهات مبهم باقی مانده است. ترکیب جدیدی که بر پایه‌ی مس به دست آمده است، ویژگی‌هایی از خود بروز می‌دهد که پیش از این در ابررساناها دیده نشده است. این موضوع می‌تواند گامی به سمت حل قسمتی از ابهامات، درباره‌ی ابررساناها باشد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از ساینس دیلی، ابررسانای دمابالایی که بر پایه‌ی مس است، با استفاده از ماده‌ی نارسانایی به نام عایق مات [1] و نیز افزودن یا کم کردن برخی الکترون‌ها از ساختار بلوری آن، تولید شده‌است. با افزایش یا کاهش تعداد الکترون‌ها، این ماده به تدریج تبدیل به ماده‌ای می‌شود که در دماهای معین، الکتریسسته را بدون مقاومت هدایت می‌کند. تاکنون تمام موادی که شرایط لازم را داشتند، تنها از طریق یکی از دو روش افزایش یا کاهش الکترون‌ها می‌توانستند تبدیل به ابررسانا شوند و این کار تا به حال از طریق هم افزایش و هم کاهش تعداد الکترون‌ها میسر نبود.

به هر حال این ماده‌ی جدید که در مرکز پژوهش‌های نوترون NIST (NCNR) آزمایش شد، اولین ماده‌ای است که ویژگی‌های هر دو روش را داراست. گروهی از پژوهشگران دانشگاه اوزاکا، دانشگاه ویرجینیا، موسسه‌ی پژوهش‌های مرکزی صنعت توان الکتریکی ژاپن، دانشگاه توهوکو و مرکز پژوهش‌های نوترون NIST (NCNR) از پراش نوترون [2] استفاده کردند تا این ماده‌ی جدید را بررسی کنند؛ ماده‌ای که تنها با فرمول شیمیایی آن، (YLBLCO)، شناخته می‌شود.

این ماده تنها از طریق کاهش الکترون تبدیل به ابررسانا می‌شود. اما با افزایش الکترون‌ها نیز ویژگی‌هایی را بروز می‌دهد که فقط در مواد ابررسانای با الکترون اضافی دیده می‌شوند. این امر موجب می‌شود که دانشمندان بتوانند در مورد رابطه‌ی دو روش ایجاد ابررساناها مطالعه کنند؛ فرصتی که پیش از کشف این ماده‌ی «دوقطبی» میسر نبود.

نتایج این پژوهش، به صورت جزئی‌تر، در بخش "News and Views" نسخه‌ی ماه آگوست مجله‌ی Nature Physics، تحت عنوان « Doped Mott insulators: Breaking through to the other side »، به چاپ رسید.

[1] برای اطلاعات بیشتر در مورد عایق مات به آدرس زیر مراجعه کنید:
http://en.wikipedia.org/wiki/Mott_insulator

[2] برای اطلاعات بیشتر در مورد پراش نوترون به آدرس زیر مراجعه کنید:
http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_diffraction

شرکت SEMATECH به همراه بخش سیستم‌های اندازه‌گیری نیمه‌هادی شرکت Carl Zeiss، از پیشرفت مهم خود در زمینه‌ی سیستم ثبت نورنقاب (Photomask) و اندازه‌گیری دقت جای‌گشت (overlay) خبر دادند. این سیستم که به طور اشتراکی توسط این دو شرکت توسعه داده شده است، PROVE نام دارد و قابلیت اندازه‌گیری نورنقاب‌های پیشرفته در ابعاد 32 نانومتر و پایین‌تر از آن را دارد. در خلال انجام آزمایش‌های پی در پی در زمینه‌ی قراردهی تصویر، ثبت و اندازه‌گیری دقت جای‌گشت، مشخصه‌های کلیدی این سیستم که شامل قابلیت اطمینان در حد 0.5 نانومتر و دقت در حد 1 نانومتر است، مورد بررسی قرار گرفتند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، برایان رایس، سرپرست لیتوگرافی SEMATECH، طی سخنانی بیان داشت: «پروژه‌ی توسعه‌ی ابزار اندازه‌گیری قراردهی نگاره‌ی نقاب (mask pattern)، بر اساس یک کار قبلی در زمینه‌ی AIMS (سیستم‌های اندازه‌گیری تصویر هوایی) است که این کار، قبلا با موفقیت، توسط این دو شرکت، انجام گرفته بود. همکاری این دو شرکت در این زمینه باعث شد تا نوعی ابزار اندازه‌گیری عملی توسعه یابد که بتواند پاسخگوی مشخصه‌های مهمی مانند قابلیت اطمینان بالا، قابلیت تولید مجدد و دقت در ابعاد 32 نانومتر باشد.»

وی اضافه کرد: «صنعت هم‌اکنون قادر است که خطاهای کوچک-مقیاس‌تر نسبت به قبل را، در زمینه‌ی قراردهی تصویر، مشخص کند. دستیابی به مشخصه‌های یاد شده، گام اساسی در برآورده ساختن نیازمندی‌های نقاب ITRS (دستورالعمل‌های فنی بین‌المللی در نیمه‌هادی‌ها)، در ابعاد 32 نانومتر و پایین‌تر، به شمار می‌رود. این دست‌آورد می‌تواند باعث پیشرفت توسعه‌ی نورنقاب‌هایی شود که به دقت جای‌گشت بسیار بالاتری نیاز دارند؛ نیازی که از سوی قطعات حافظه و روش‌های نگاره‌سازی دوگانه، مورد تقاضا است.»

دکتر اولیور کینزل، سرپرست اجرایی بخش سیستم‌های اندازه‌گیری نیمه‌هادی شرکت Carl Zeiss، اظهار داشت: «دستیابی به مشخصه‌های سیستم PROVE، پیشرفت مهمی در پروژه به حساب می‌آید و برای مشتریان صنعت ساخت نقاب، بسیار حیاتی است. این سیستم بر اساس یک روش کاملاً نو توسعه یافته است که امکان اندازه‌گیری قراردهی نگاره در ابعاد زیر نانومتر را به صورت وسیع فراهم می‌کند. برای تعیین روشی دقیق و باصرفه، این اندازه‌گیری‌ها می‌تواند در ناحیه‌ی فعال نورنقاب انجام پذیرد و قابل تعمیم به فن‌آوری EUV است. ما هم‌اکنون آماده‌ی عرضه‌ی سیستم PROVE به بازار و تحویل به مشتریان هستیم.»

این فن‌آوری، نشانگر پیشرفتی مهم نسبت به قابلیت‌های قبلی از قبیل: اپتیک تصویرسازی با کیفیت بالا و دارای طول موج 193 نانومتر، دستگاه نوری انعطاف‌پذیری که تضاد رنگ‌های تصویر را حداکثر می‌کند، یک الگوریتم تجزیه و تحلیل ثبت بسیار تطبیق‌پذیر، و یک روش پیشرفته‌ی اندازه‌گیری است. سیستم PROVE می‌تواند به طور کامل برای اندازه‌گیری نورنقاب‌های EUV گسترش یابد. این ابزار، نقش حیاتی در فن‌آوری نسل آینده‌ی تولید نقاب خواهد داشت.

اطلاعات اضافی:

نورنقاب:
لایه‌ا‌ی تیره‌رنگ از جنس شیشه‌ی خالص (سیلیکا) که دارای حفره‌ها و یا نقاط شفافی است که همانند یک نقاب، نور را طبق نگاره‌ی (Pattern) خاص و مشخصی از خود عبور می‌دهد. از نورنقاب‌ها در فتولیتوگرافی استفاده می‌شود.

نورنقابی:
عملیاتی که نگاره‌ها یا تصاویر بر روی یک لایه‌ی شیشه‌ای تولید می‌شوند تا یک نورنقاب ساخته شود.

Photoresist (PR):
ماده‌ای حساس به تشعشع که هنگامی که در ساختار ویفرهای گوناگونی به کار رود و سپس در معرض اشعه‌ی نور قرار گیرد، قسمت‌هایی از ویفر را به طور کامل تبدیل به نقاب خواهد کرد.

جای‌گشت:
قرار گرفتن نگاره‌های نقاب‌ها بر روی نگاره‌های موجود روی ویفر.

دقت جایگشت:
انحراف نسبی موقعیت قرارگیری نگاره بین دو نقاب

طبق پژوهش انجام شده در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL)، مواد ابررسانا، زمانی که چگالی بار آن‌ها در مقیاس نانو، از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر متفاوت باشد، کارکرد بهتری دارند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، در پژوهشی که برای درک بهتر دینامیک ابررسانایی در دمای بالا انجام شد، دانشمندان ORNL، کد محاسباتی‌ای را برای مدل عددی هوبارد (Hubbard)، بازنویسی کردند. در حالی‌که پیش از این، چگالی الکترونی در تک تک اتم‌های مواد ابررسانای دارای ترکیبات مس به نام کاپریت‌ها، یکنواخت فرض می‌شد.

توماس مایر، سرپرست نویسندگان مقاله و همکارانش گونزالو آلوارز، مایکل سامرز و توماس شالتس، دو سال پیش، جایزه‌ی گوردون بل را به خاطر برنامه‌ی محاسباتی کارآمدی که داشتند، دریافت کردند. از این برنامه‌ی کاربردی برای آزمایش غیریکنواختی در ابررساناها استفاده شد. این غیریکنواختی در مقیاس نانو پیش‌تر مطرح شده بود؛ ولی بدون توضیح رها شده بود.

این مقاله در« Physical Review Letters » به چاپ رسیده است.

جک ولز، مدیر اداره‌ی برنامه‌ریزی سازمانی و سرپرست سابق گروه علوم مواد محاسباتی گفت: «کاپریت‌ها و سایر ترکیب‌های شیمیایی که به عنوان ابررسانا استفاده می‌شوند، دمای بسیار پایینی نزدیک به صفر مطلق نیاز دارند تا مقاومت آن‌ها صفر شود.»

برای سرد کردن ابررساناها از نیتروژن مایع استفاده می‌شود. هر چه ماده‌ی رسانا، دمای پایین‌تری برای رسیدن به حالت ابررسانایی نیاز داشته باشد، زیرساخت‌های ابررسانا، بازدهی کمتر و هزینه‌ی بیشتری خواهند داشت. از این زیرساخت‌ها، در قطارهای مغناطیسی، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، شتاب‌دهنده‌ی ذرات و برخی ادوات قدرت شهری استفاده می‌شود.

ولز افزود: «هدف از جایزه‌ی گوردون بل، دستیابی به برنامه‌ای ابرمحاسباتی بود تا بررسی شود که آیا این غیریکنواختی، دمای تبدیل را افزایش می‌دهد یا کاهش؟ پس از کشف این که این غیریکنواختی، منجر به افزایش دمای تبدیل می‌شود، می‌توان این پرسش را مطرح کرد که آیا غیریکنواختی بهینه وجود دارد؟»

در شرایط ایده‌آل، یک ماده، در دمایی که به سادگی قابل دسترسی است، می‌تواند به ابررسانا تبدیل شود که در این صورت هزینه‌های مورد نیاز برای زیرساخت‌های سرمایشی، بسیار کاهش می‌یابد. هدف، حرکت به سمت این شرایط ایده‌آل است.

ولز ادامه داد: «گام بعدی بسیار دشوار است. اما در آزمایشگاه ما، تمام ابزارهای مهم و مناسب برای مطالعه‌ی این پدیده - کدهای محاسباتی نوشته شده و انجام آزمایش‌های پخش نوترون که امکان بررسی ویژگی‌های نانومقیاس را به ما می‌دهد - مهیا ست.»

به گفته‌ی پژوهشگران شرکت IBM، ساخت مدار آزمایشی با نانوسیم‌های سیلیکونی می‌تواند راه را برای تولید ترانزیستورهای بسیار کوچک‌تر هموار کند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، پژوهشگران مرکز تحقیقاتی توماس جی واتسون، در همایش سالانه‌ی «فن‌آوری VLSI» در هانولولو، خبر از ساخت یک نوسان‌ساز حلقه‌ای (Ring Oscillator) دادند. در ساختار این نوسان‌ساز، از FET استفاده شده است و قطر نانوسیم‌های به کار رفته در آن نیز، 3 نانومتر است. این نوسان‌ساز، همچنین، از 25 معکوس‌کننده تشکیل یافته است که هر کدام از آن‌ها از کانال‌های مثبت و منفی FET استفاده می‌کنند.

ساخت این قطعه که دارای تأخیر تنها 10 پیکوثانیه در هر طبقه‌ی معکوس‌کننده است، نشان می‌دهد که مهندسان می‌توانند مدار عملی‌ای بسازند که از ترانزیستورهایی با پهنای کانال بسیار کوچک‌تر از قطعه‌های امروزی تشکیل یافته باشد. همان‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌طور که می‌دانیم، جریان گذرنده از کانال‌های FET، توسط گیت قطعه کنترل می‌شود. به گفته‌ی جفری اسلایت، عضو ارشد کادر فنی شرکت IBM، در صورتی که ابعاد مدارهای ساخته شده بر روی تراشه‌های سیلیکونی، روند کوچک‌تر شدن خود را ادامه دهند، کوچک‌تر شدن پهنای کانال، امری بحرانی به نظر خواهد رسید.

با کوچک‌تر شدن کانال FET، ماده‌ی دی‌الکتریکی که گیت را از کانال جدا می‌کند، باید باریک‌تر شود. اما از طرفی دیگر، با باریک‌تر شدن دی‌الکتریک گیت، جریان نشتی تا جایی افزایش می‌یابد که دیگر مدار به حالت قطع نخواهد رفت. در این صورت، منطق دیجیتالی مدار به هم خواهد خورد. اسلایت، عقیده دارد که مدارها، هنوز هم می‌توانند با گیت‌های امروزی که پهنای آن‌ها حدود 35 تا 40 نانومتر است، کار کنند ولی در آینده نخواهند توانست. او بیان کرد: «اگر بخواهید پا را فراتر بگذارید و گیت‌هایی با پهنای 15 تا 20 نانومتر بسازید، تصور اینکه چگونه بتوان این کار را بر روی قطعه‌های معمولی مسطح پیاده‌سازی کرد، بسیار دشوار است.»

راه‌حل گروه کاری اسلایت، ساخت ترانزیستورهایی است که نانوسیم‌های سیلیکونی به کار رفته در آن، از تمام اطراف، توسط دی‌الکتریک گیت، احاطه شده باشند. گیت ترانزیستورهای مسطح کنونی، در بالای سیلیکون قرار دارد. اسلایت می‌گوید: «طرح ما شبیه این است که ترانزیستورهایی داشته باشیم که گیت آن‌ها در بالا، پایین، راست و چپ قرار داشته باشند، هرچند که در این حالت، سیلیکون، استوانه‌ای شکل است.»

وی همچنین اظهار داشت: «با در اختیار داشتن گیت‌های اضافی، امکان کنترل بهتر کانال فراهم می‌شود.»

اسلایت اضافه می‌کند که برای ساخت طرح یاد شده، قطر نانوسیم‌های سیلیکونی آن، باید کمتر از 10 نانومتر باشد. روش جدید شرکت IBM، امکان تولید نانوسیم‌هایی با قطر 3 نانومتر را فراهم می‌کند. به گفته‌ی اسلایت، روش جدید، بسیار شبیه فرآیند CMOS است. گروه پژوهشی اسلایت، کار خود را با لایه‌ای از سیلیکون بر روی لایه‎‌ای از دی‌اکسید سیلیکون آغاز کردند و از روش چاپ ویژه‌ای برای به چاپ رساندن شکل درست و مناسب بر روی سیلیکون، استفاده کردند. پژوهشگران سپس لایه‌ی اکسید را از زیر لایه‌ی سیلیکونی برداشتند و در نتیجه سیم‌های سیلیکونی افقی بر جای ماندند. پژوهشگران برای صاف‌ کردن این سیم‌ها نیز، سیلیکون را در فشار هیدروژن در معرض حرارت قرار دارند.

یکی از مزایای طرح FET دارای نانوسیم، این است که برخلاف طرح مسطح، برای کنترل رفتار الکتریکی سیلیکون، نیازی به تزریق ناخالصی به آن نیست. این امر برای ترانزیستورهای کنونی خوب است؛ ولی در دستگاه‌هایی که دارای ویژگی‌های کوچک‌تر از 22 نانومتر هستند، کنترل شدت مواد ناخالصی دشوار است. نوسانات ناشی از آن‌ها می‌تواند بر روی ولتاژی که هر قطعه در آن روشن می‌شود، تأثیر بگذارد. در ساختار FET نانوسیم‌دار، گیت‌های احاطه کننده‌ی سیلیکون، کنترل رفتار الکتریکی آن را برعهده دارند و نیازی به وجود مواد ناخالصی برای این کار نیست.

در همایش فن‌آوری VLSI سال گذشته، گروهی از شرکت الکترونیک سامسونگ، خبر از ساخت FETهای دارای نانوسیم‌های سیلیکونی با گیت‌هایی در اطراف آن داده بودند؛ ولی نانوسیم‌های 13 نانومتری آن‌ها ضخیم‌تر بودند. اسلایت عقیده دارد، او و همکارانش در IBM، نه تنها ابعاد نانوسیم‌ها را کاهش داده‌اند و کارایی FETها را بهبود بخشیده‌اند، بلکه با ساخت یک مدار عملی به نام نوسان‌ساز حلقه‌ای، گام دیگری رو به جلو برداشته‌اند.

مینگ لی، پژوهشگر شرکت سامسونگ در زمینه‌ی نانوسیم، درباره‌ی کار صورت گرفته توسط IBM می‌گوید: «این کار، جالب توجه است. IBM توانست یک مدار مؤثر با کنترل کاملاً واقعی طراحی و تولید کند.» او اضافه می‌کند که در آینده برای اجرای عملی این طرح در بیرون از آزمایشگاه، برقراری تعادلی مناسب بین مشخصه‌های الکتریکی متفاوت قطعه، امری کلیدی به شمار خواهد رفت.

به گفته‌ی اسلایت، چند سالی طول می‌کشد تا این نوع مدار بتواند در تراشه‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

اطلاعات اضافی:

برای جزئیات بیشتر در مورد (Ring Oscillator) به این آدرس مراجعه شود.

ابررساناها برای هدایت جریان برق، بیش از 150 برابر کارآمدتر از سیم‌های مسی هستند. اما برای رسیدن به حالت ابررسانایی، باید این مواد را تا دمای بسیار پایین که دمای تبدیل نامیده می‌شود، سرد کرد که در این دما مقاومت الکتریکی آن‌ها از بین می‌رود. دستیابی به ابررساناهایی با دمای تبدیل بالاتر یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های علم فیزیک است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، تاکنون، موادی به نام کاپریت‌ها، تنها موادی بوده‌اند که دمای تبدیل آن‌ها، بالاتر از دمای جوش نیتروژن مایع در 77 درجه‌ی کلوین بوده‌ است. اینکه آیا پژوهشگران می‌توانند دمای تبدیل را در چنین موادی بالاتر ببرند، همچنان به صورت یک چالش باقی مانده است.

پژوهشگرانی از آزمایشگاه ژئوفیزیک موسسه‌ی کارنگی، با همکاری عده‌ای دیگر، به طور ناگهانی دریافتند که دمای تبدیل، می‌تواند در بلور اکسید بیسموس با عنوان Bi2223، تحت دو فشار متفاوت و شدید تغییر کند. فشار بالاتر، منجر به دمای تبدیل بالاتر می‌شود. این پژوهشگران معتقدند این پدیده‌ی غیرعادی از رقابت رفتار الکترونیکی در گونه‌های مختلف لایه‌های مس-اکسیژن در این بلور حاصل می‌شود. جزئیات این کار در نسخه‌ی 19 آگوست مجله‌ی Nature به چاپ رسید.

ژیائوجیا چن، سرپرست نویسندگان در کارنگی شرح داد: «Bi2223، شبیه یک کیک چندلایه است. در بالا و پایین، لایه‌های عایق اکسید بیسموس قرار دارند. بین این دو لایه، لایه‌های اکسید استرانتیوم و سپس اکسید مس و بعد از آن کلسیم وجود دارند. در نهایت، لایه‌ی میانی، باز هم اکسید مس است. جالب توجه اینکه، لایه‌های بیرونی و درونی اکسید مس، ویژگی‌های فیزیکی متفاوتی دارند و این به خاطر عدم تعادل بار الکتریکی بین لایه‌هاست.»

یک روش که دانشمندان برای افزایش دمای تبدیل مواد ابررسانا کشف کرده‌اند این است که آن‌ها را با افزودن ذرات باردار «ناخالص» می‌کنند.

تحت فشار عادی، دمای تبدیل Bi2223، که به خوبی ناخالص شده است، برابر 108 درجه‌ی کلوین است. این دانشمندان، کریستال‌های ناخالص شده‌ی این ماده را تحت فشارهای بالا تا 359000 برابر فشار جو (36.4 گیگاپاسکال) قرار دادند. این فشار، بالاترین فشاری است که تاکنون در محاسبات مغناطیسی روی ابررسانای کاپریت به کار رفته است و اولین دمای تبدیل بالا نیز، در فشار 100666 اتمسفر (10.2 گیگاپاسکال) رخ داد.

چن، ابراز داشت: «پس از آن، افزایش فشار با کاهش دمای تبدیل متوقف شد. سپس به طور غیرمنتظره‌ای در فشار حدود 237000 اتمسفر (24 گیگاپاسکال)، حالت ابررسانایی دوباره ظاهر شد. حتی در فشارهای بالاتر(359000 اتمسفر)، دمای تبدیل به 136 درجه‌ی کلوین افزایش یافت. این بالاترین فشاری بود که دستگاه ما می‌توانست تشخیص دهد.»

پژوهشی دیگر نشان داد که برخی از ابررساناهای چندلایه‌ی شبیه این ماده، رفتارهای الکترونیکی و نوسانی متفاوتی در لایه‌های مختلف نشان می‌دهند. از نظر این پژوهشگران، 237000 اتمسفر، یک فشار بحرانی است که این فشار، مانع بروز این رفتارها شده و ابررسانایی را بهبود می‌بخشد.

ویکتور استرازکین، یکی از نویسندگان از کارنگی گفت: «این یافته، دورنماهای جدیدی را برای رسیدن به دمای تبدیل بالاتر در ابررساناهای کاپریت چندلایه ارائه کرد. این پژوهش، می‌تواند راهی برای طراحی ابررساناهایی با دمای تبدیل بالاتر در شرایط محیطی بگشاید.»

یک شرکت سوئیسی به نام Innovative Silicon با همکاری شرکت Hynix Semiconductor (دومین شرکت سازنده‌ی تراشه‌ی حافظه در دنیا)، طرحی را ارائه داده است که به اظهار خود، این طرح، جایگزینی ارزان‌تر و کم‌مصرف‌تر برای حافظه‌ی معمولی رایانه (DRAM) خواهد بود.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، شرکت اینوویتیو سیلیکون، واقع در شهر لاسن سوئیس، نوعی حافظه‌ی DRAM را توسعه داده‌ است که در آن از هیچ خازنی استفاده نمی‌شود. این DRAM بدون خازن که Z-RAM (Zero-Capacitor RAM) نام دارد، بر روی همان ویفرهایی ساخته می‌شود که در ساخت DRAM از آن‌ها استفاده می‌شد. این توسعه‌ی جدید، پیشرفت بزرگی برای این شرکت به حساب می‌آید؛ چرا که برای ساخت ادوات قبلی این شرکت، به ویفرهای ویژه‌ی گران‌قیمتی نیاز بود. حافظه‌های Z-RAM برخلاف حافظه‌های DRAM، حتی به یک خازن نیز نیاز ندارند و بنا بر برآورد شرکت، قیمت این حافظه‌ها 25 تا 30 درصد ارزان‌تر خواهند بود. البته، این کاهش قیمت همراه با کاهش ابعاد اجزای تشکیل دهنده‌‌‌ي آن تا زیر 40 نانومتر درطی چند سال آینده خواهد بود. علاوه بر این، سلول‌های حافظه‌ی Z-RAM با ولتاژ پایین 0.5 تا 0.6 ولت کار می‌کنند و پیش بینی می شود که به تدریج DRAM های آینده نیز با این ولتاژها کار کنند.

این شرکت سوئیسی امتیاز فناوری ساخت Z-RAM را به شرکت Hynix Semiconductor واگذار کرد. شرکت هاینیکس پس از ساخت تراشه‌ی حافظه‌ی آزمایشی خود، نتایج پیشرفت کار خود را در ماه ژوئن 2010 در همایش «مدارها و فن‌آوری VLSI» در هانولولو اعلام کرد.

حافظه‌ی DRAM، یک بیت از حافظه‌اش ( بیت 1 یا 0) را به شارژ هر خازن اختصاص می‌دهد. شرکت‌های سازنده‌ی DRAM در یک فضای کوچک، حجم انبوهی از حافظه را جای داده‌اند؛ از طرفی ابعاد خازن‌های مورد استفاده در DRAMها، با همان سرعتی که ترانزیستورها روز به روز کوچک‌تر می‌شوند، نمی‌توانند کوچک‌تر شوند و این خود، یک مشکل بزرگ است. علت این امر آن است که ظرفیت یک خازن باید به اندازه‌ی کافی بزرگ باشد تا بتواند مقدار قابل ملاحظه‌ای بار الکتریکی را در خود نگه دارد.

جف لوئیس، نایب رئیس بخش توسعه‌ی تجارت و بازرایابی شرکت اینوویتیو سیلیکون گفت: «ساخت خازن هر روز با چالش بیش‌تری روبروست. ما در تلاشیم تا در ابعاد 30 نانومتر بتوانیم حافظه‌های کارامدتر با قیمت مناسب تولید کنیم.»

حافظه‌ی Z-RAM به جای خازن بر اساس مفهوم «ساختار شناور» (Floating-Body) عمل می‌کند. با ساخت ترانزیستور در یک لایه‌‌ی سیلیکونی واقع در بالای عایق دی‌اکسید سیلیکون، می‌توان ترانزیستور را از نظر الکتریکی عایق‌بندی کرد. وقتی جریان از ترانزیستور عبور می‌کند، برخی الکترون‌ها، جفت‌های حفره-الکترون ایجاد می‌کنند. درین ترانزیستور اجازه می‌دهد که الکترون‌های اضافی خارج شوند ولی حفره‌های اضافی را نگه می‌دارد و در نتیجه بار الکتریکی کل، مثبت می‌شود. این بار الکتریکی «شناور» می‌تواند به عنوان «1» منطقی تلقی شود. با افزایش ولتاژ گیت ترانزیستور، حفره‌ها از طریق سورس خارج می‌شوند و بار الکتریکی به عنوان «0» منطقی تلقی خواهد شد. ابعاد سلول‌های حافظه‌ی Z-RAM بدون نیاز به هیچ خازنی، تنها باید هم اندازه‌ی ترانزیستورها باشد. با این توصیف، بدیهی است که ابعاد ترانزیستورها هر ساله کوچک‌تر نیز ‌شود.

ساخت Z-RAM بر روی لایه‌ی سیلیکونی که بر روی عایق دی‌اکسید سیلیکون قرار گرفته، سبب افزایش هزینه ها شد. از این رو شرکت سوئیسی مذکور، طرح تازه‌ای را توسعه داد که بتواند حافظه‌های Z-RAM را بر روی یک ویفر بزرگ سیلیکونی بسازد. در واقع طرح جدیدی که شرکت اینوویتیو سیلیکون ارائه داده است، این است که به جای ساخت ترانزیستور بر روی یک لایه‌ی عایقی، در حالی که پایه‌ی گیت آن در بالا و پایه‌های سورس و درین آن نیز در طرفین قرار دارند، ترانزیستور به صورت عمودی ساخته می‌شود به طوری که پایه‌ها در طرفین و پیوندها در بالا و پایین قرار می‌گیرند. در این حالت عایق‌بندی و اثر «ساختار شناور» با حالت قبلی تفاوتی نمی‌کند. البته این شرکت سوئیسی در تلاش است تا هم‌راستا با صنعت، به سمت ساخت یک ترانزیستور سه بعدی‌تر حرکت کند.

طرح عمودی قرار گرفتن ترانزیستور همراه با تغییر جای قرارگیری پایه‌های آن، باعث کاهش ولتاژ کاری آن تا میزان 0.5 ولت نیز شد. به گفته‌ی این شرکت، این میزان ولتاژ، 50 تا 75 درصد کمتر از سایر حافظه‌های دارای ساختار شناور است. جف لوئیس اظهار داشت که این طرح، باعث صرفه‌جویی در انرژی قطعه نیز می‌شود و با منابع تغذیه‌ی کنونی سازگار است. کم بودن مصرف انرژی، خود، عامل مهمی در پایین نگه داشتن هزینه‌ها ست. همچنین، میزان زمان نگه‌داری یک بیت در یک سلول حافظه در میان نویز ناشی از سوئیچینگ سلول‌های دیگر، 1000 برابر افزایش می‌یابد.

شرکت اینوویتیو سیلیکون، ابتدا در نظر داشت که حافظه‌های Z-RAM را جایگزین حافظه‌های ایستا (SRAM) کند. حافظه‌های SRAM سریع‌تر از DRAM هستند و به صورت مجتمع با ریزپردازنده ساخته می‌شوند. هر سلول Z-RAM تنها از یک ترانزیستور تشکیل یافته است؛ در حالی که SRAM متشکل از شش ترانزیستور است. از این رو Z-RAM می تواند در یک فضای معین از سیلیکون، پنج برابر SRAM بیت‌های حافظه را در خود جای دهد. به گفته‌ی لوئیس، بازار مربوط به طراحی سیلیکون-بر-عایق که در جایگزین کردن SRAM ها ضروری است، هرگز به مرحله‌ی تولید نرسیده است و نیاز به طرحی جدید برای جایگزین کردن DRAM ها، بیشتر احساس می‌شود. وی همچنین می‌گوید: «تمرکز ما فقط بر روی DRAMهای مستقل است.»

لوئیس، همچنین عقیده دارد که قابلیت‌های Z-RAM با نیازمندی‌های مطرح شده در چشم‌انداز DRAM تا سال 2020 کاملاً هم‌خوانی دارد. او از شرکت هاینیکس انتظار دارد که نمونه‌های آزمایشی خود را برای کاربردهای تجاری در مدت دو سال تولید کند.

سایر شرکت‌ها مانند اینتل و توشیبا نیز در حال فعالیت بر روی حافظه‌های دارای ساختار شناور هستند.

گروهی از پژوهشگران که توسط مورتن رینگ اسکیلدسن، استادیار فیزیک دانشگاه نتردام، رهبری می‌شوند، شیوه‌‌ی جدیدی کشف کرده‌اند که در آن، الکترون‌های ابررسانا با میدان مغناطیسی اعمالی به آن‌ها، کنشی متقابل انجام می‌دهند.

ابررسانایی، پدیده‌ای است که در برخی مواد معین رخ می‌دهد و به معنای از بین رفتن کامل مقاومت الکتریکی ست. یکی از زمینه‌های مهم در مطالعه‌ی ابررساناها، واکنش ابررساناها در برابر میدان‌های الکتریکی است. این مطالعات، علاوه بر رابطه‌ی مشخص ابررساناها با کاربردهای عملی، روشی ایده‌آل برای دستیابی به درکی ژرف‌تر درباره‌ی جنبه‌های بنیادین ابررسانایی ست.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، در آزمایش‌های گروه اسکیلدسن، ماده‌ی مورد بررسی CeCoIn5 بوده که این ماده، به ابررسانای فرمیون سنگین با دمای گذار 2.3 کلوین مشهور است. این نتایج با آزمایش پخش نوترون حاصل شد که با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه مونترال، دانشگاه ETH زوریخ، دانشگاه بیرمنگام، آزمایشگاه ملی لو‌س‌آلاموس و آزمایشگاه ملی بروکهاون در موسسه‌ی پول شیه‌ر سوئد همراه بود.

بیشتر ابررساناها در حضور میدان مغناطیسی، طوفان‌های الکتریکی‌‌ای تولید می‌کنند که آن‌ها را در لوله‌هایی از شار مغناطیسی محدود می‌کند. پیش از این، این طوفان‌ها در مدلی توصیف شده بود که برای آن، الکسی آبریکوسوف و ویتالی گینزبرگ در سال 2003 جایزه‌ی نوبل دریافت کرده بودند. اما، نتایجی که توسط اسکیلدسن و همکارانش حاصل شد، نشان‌دهند‌ه‌ی یک انحراف اساسی در مقایسه با رفتار عادی گذشته بود. اسکیلدسن در این باره گفت: «حتی در موادی همچون ابررساناهای فرمیون سنگین، که ماهیت میکروسکوپیک آن‌ها در حالت ابررسانایی هنوز برای ما پوشیده است، دیدگاه آبریکوسوف-گینزبرگ-لاندو، به مدت بیش از 50 سال، توصیفی پدیدارشناختی از طوفان‌های الکتریکی به ما ارائه داده است. اما در CeCoIn5، همان‌طور که آزمایش‌های ما نشان می‌دهند، این الگو نقض می‌شود و ما را مجبور می‌سازد که در درک خود از ابررسانایی بازنگری کنیم.»

بسیاری از مواد ابررسانا امکان نفوذ میدان‌های مغناطیسی را در یک وضعیت ترکیبی فراهم می‌کنند. در این وضعیت ترکیبی، ابرسیال توسط شبکه‌ی منظمی از طوفان‌های الکتریکی آبریکوسوف گرفتار می‌شود که هر کدام از این طوفان‌ها حامل یک کوانتوم از شار مغناطیسی هستند. نظریه‌ی پدیدارشناختی گینزبرگ-لاندو توصیف خوبی از وضعیت شبکه‌ای طوفان‌های آبریکوسوف ارائه کرده است. با اجرای آزمایش‌های پخش نوترون و محاسبه‌ی ضریب تشکیل شبکه‌ای از طوفان‌ها در ابررسانای فرمیون سنگین سریم-کبالت-ایندیم (CeCoIn5) مشخص شد که این ضریب با افزایش میدان، افزایش می‌یابد که این در تناقض با الگوی آبریکوسوف-گینزبرگ-لاندو بود.

کشف ابررسانایی در مواد سرامیک معین در دماهای بالای 140 کلوین، یعنی بالاتر از دمای جوش نیتروژن مایع، امکانات جدیدی را پیش روی امور کاربردی گشود. در حال حاضر، ابررساناها به طور گسترده در مواردی همچون: انتقال قدرت، موتورهای رانشی کشتی‌ها، قطارهای مغناطیسی، تصویربرداری پزشکی و فیلترهای دیجیتال برای مخابرات با سرعت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اگرچه مواد اعلام شده توسط اسکیلدسن و همکارانش به دلیل دمای گذار بسیار پایین به طور مستقیم با کاربردهای صنعتی در ارتباط نیست، اما بسیاری از ویژگی‌های آن‌ها شبیه ابررساناهای با دمای بالاست.

شرح آزمایش‌های گروه اسکیلدسن در نسخه‌ی 11 ژانویه‌ی مجله‌ی Science آمده است.

فیزیک‏دانان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی با همکاری آزمایشگاه ملی LBNL، به ویژگی تازه و منحصر به فردی از گرافین دست یافتند. این گروه پژوهشی نشان داد، هنگامی که گرافین، مورد انبساط و کشش قرار می‌گیرد، الکترون‌های آن رفتار خاصی از خود نشان می‌دهند که گویا تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی قوی قرار گرفته‌اند. این کشف می‌تواند چشم‌انداز تازه‌ای در ادوات الکترونیکی نسل آینده ایجاد نماید.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، گرافین، ورقه‌ای از کربن خالص با ضخامت تنها 1 اتم است که در سال 2004 برای اولین بار ساخته شد. ویژگی‌های مکانیکی و الکترونیکی خاص این ماده، از همان ابتدا نظر پژوهشگران را به خود جلب کرد. کشف اخیر که در 30 جولای در مجله‌ی «Science» به چاپ رسید، با همکاری مایکل کرومی و سایر فیزیک‏دانان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (LBNL) انجام پذیرفته است.

کرومی و همکارانش که در آزمایشگاه، مشغول ساخت یک لایه‌ی گرافین بر روی کریستال پلاتینیوم بودند، متوجه شدند که آرایش اتمی کربن در گرافین که به صورت یک شبکه‌ی شش ضلعی است، نمی‌تواند کاملاً هم‌راستا و هم‌خط با ساختار مثلثی پلاتینیوم قرار بگیرد. از این رو هنگامی که گرافین از 3 جهت تحت انبساط و کشش قرار می‌گیرد، ساختارهای مثلثی بسیار ریزی به نام «نانوحباب»‌، به صورت برجسته در سطح گرافین ظاهر می‌شود. طول این نانوحباب‌ها بین 4 تا 10 نانومتر و ارتفاع آن‌ها حدود 2 نانومتر است. از آنجایی که ساختار این حباب‌ها بسیار کوچک است، الکترون‌های داخل هر نانوحباب مقادیر گسسته‌ای از انرژی را به خود اختصاص می‌دهد. این ویژگی برخلاف حالتی است که گرافین تحت کشش قرار نگرفته است. در این حالت نوارهای انرژی الکترون‌ها دارای مقادیر پیوسته‌ای است. بیشترین مقدار میدان‌ مغناطیسی که تاکنون در آزمایشگاه به آن دست یافته شده است، بزرگ‌تر از 30 تسلا نیست، در حالی که سطوح انرژی گسسته‌ی الکترون‌ها یا «سطوح لاندا»، درست مانند حالتی است که الکترون‌ها، در صورتی که تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی به بزرگی 300 تسلا قرار بگیرند، به خود اختصاص خواهند داد.

مایکل کرومی بیان داشت: «با بررسی و کنترل اینکه الکترون‌ها در گرافین در چه سطح انرژی و چگونه حرکت می‌کنند، می‌توان آن‌ها را واداشت تا راحت‌تر و یا سخت‌تر حرکت کنند تا در نتیجه بتوان ویژگی‌هایی از قبیل رسانایی، نوری و ماکروویو آن‌ها را مورد بازبینی قرار داد. کنترل حرکت الکترون، مهم‌ترین و ضروری‌ترین بخش از کارکرد ادوات الکترونیکی است.»

کرومی در ادامه اظهار داشت: «اکنون ما می‌توانیم واژه‌ی «استرینترونیک»؛ یعنی، تغییر شکل مکانیکی در ورقه‌های گرافین برای کنترل رفتار الکترون‌ها در آن و برای دستیابی به کاربردهای مختلف ادوات الکترونیکی، را به کار ببریم.» وی همچنین خاطر نشان کرد که تحت کشش قرار گرفتن ورقه‌های گرافین می‌تواند منجر به ویژگی‌های الکترونیکی فوق‌العاده‌ای شود. گرچه به نظر می‌رسد پیش از اینکه استرینترونیک کاملاً کاربردی و اجرایی گردد، گام‌هایی نیز باید در آینده برداشته شود. یکی از این کاربردها می‌تواند «حسگر تغییر شکل یافته» باشد که می‌تواند میلیاردها دلار ارزش داشته باشد.

فیزیک‌دان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در پایان سخنانش گفت: «ما می‌خواهیم دریابیم که الکترون‌ها در داخل نانوحباب‌ها دقیقاً چه کار می‌کنند و به شرایط گوناگون فیزیکی و محیطی چه واکنشی نشان می‌دهند.»

دانش مندان دانشگاه ليورپول و دورهام ماده ي جديدي براي درك بيشتر چگونگي استفاده از ابررساناها در انتقال انرژي به مناطق مسكوني و كاهش تلفات انرژي توسعه داده اند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، اين گروه ماده اي از يك مولكول شبیه توپ فوتبال به نام كربن60 توليد كرده است تا نشان دهد كه چگونه يك ابررسانا (عنصر، تركيب يا آلياژي كه در مقابل عبور مداوم جريان الكتريكي مقاومتی از خود نشان نمي دهد) مي تواند در دماهاي مناسب براي كاربرد تجاري در شهرهاي كوچك و بزرگ كار كند.

ابررساناها به عنوان يكي از بزرگ ترين يافته هاي علمي مطرح هستند و امروزه نقش مهمي در فن آوري پزشكي بازي مي كنند. در سال 1911، به عنوان بخشي از آزمايش با جيوه ي جامد، دانش مند آلماني هيك كامرلينف اونز، كشف كرد زماني كه جيوه تا دماهاي پايين سرد مي شود، الكتريسيته مي تواند با يك جريان پايدار و بدون مقاومت و تلفات انرژي -به صورت گرما- از آن عبور كند.

هم اكنون ابررساناها به طور گسترده به عنوان آهن ربا در عكس برداري تشديد مغناطيسي يا MRI به كار مي روند كه به دانش مندان كمك مي كند از آن چه كه درون بدن انسان رخ مي دهد، تصويربرداري كنند. ابررساناها در خطوط راه آهن نيز به عنوان آهن ربا توانسته اند اصطكاك بين قطار و ريل را كاهش دهند. ابررساناها توسعه يافته اند تا در دماهاي بالا كار كنند اما ساختار اين مواد به حدي پيچيده است كه دانش مندان هنوز به زمان نياز دارند تا دريابند كه چگونه اين مواد مي توانند در دماي اتاق براي كاربردهاي آتي در تامين برق خانه ها و كارخانه ها كار كنند.

پروفسور مت روسينسكي، از دپارتمان شيمي ليورپول، شرح داد: "ابررسانايي پديده اي است كه ما هنوز در تلاش براي درك آن و به ويژه چگونگي كاركرد آن در دماهاي بالا هستيم. ابررساناها ساختار اتمي بسيار پيچيده اي دارند و سرشار از بي نظمي هستند. ما ماده اي به شكل پودر ساختيم كه در دماهاي اتاق نارسانا بود و ساختار اتمي ساده تري داشت تا براي ما اين امكان را فراهم كند كه چگونگي حركت آزاد الكترون ها را كنترل كنيم و چگونگي سوق دادن اين ماده به سمت ابررسانايي را آزمايش كنيم."

پروفسور كوسماس پراسيدس، از دانشگاه دورهام، گفت: "در فشار اتاق الكترون هاي اين ماده براي ايجاد ابررسانايي بسيار دور از هم بودند. بنابراين ما آن ها را با استفاده از وسيله اي كه فشار درون ساختار را افزايش مي دهد، فشرده تر كرديم. ما دريافتيم كه اين دگرگوني در ماده ناگهاني بود - به صورت متناوب از نارسانايي به ابررسانايي. اين امر به ما اين امكان را داد كه ساختار اتمي دقيق را در نقطه اي كه ابررسانايي رخ مي دهد، ببينيم."

اين پژوهش كه در مجله ي Science منتشر شد و توسط انجمن پژوهش علوم فيزيكي و مهندسي EPSRC حمايت شد، به دانش مندان اين امكان را خواهد داد كه به جستجوي موادي با عناصر ساختاري و شيميايي مناسب بپردازند و ابررساناهايي را توسعه دهند كه در آينده تلفات انرژي جهان را كاهش دهد.

پژوهش گران دريافتند كه غشاهاي نازك نانولوله ي كربن مزاياي رسانايي و مكانيكي ای دارند كه مي تواند آن ها را براي استفاده به عنوان الكترودهاي سلول خورشيدي، روشنايي حالت جامد و نمايش گرهاي الكترونيكي مناسب كند. تاكنون مطالعات روي چگونگي انتقال نور توسط غشاهاي نانولوله اي در محدوده ي نور مرئي متمركز بوده است و ويژگي هاي فروسرخ اين غشاها كشف نشده بود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از فيزورگ، در مطالعه اي جديد، ليانگ بينگ هو، ديويد هچ و جورج گرانر، فيزيك دانان دانشگاه كاليفرنياي لوس آنجلس، ويژگي هاي فروسرخ غشاهاي نازك نانولوله ي كربن تك جداره را بررسي كردند كه به لحاظ نوري، شفاف و به لحاظ الكتريكي، رسانا هستند. آنان دريافتند كه غشاهاي نانولوله اي توانايي بسيار خوبي براي انتقال امواج فروسرخ دارند. طي آزمايش هايي، الكترودهاي نانولوله اي و الكترودهاي گرافيني عمل كرد بهتري از ساير مواد در گروه هاي اصلي مختلف نشان دادند. بدين ترتيب راهي براي كاربردهاي گوناگون فروسرخ غشاهاي نانولوله اي گشوده شد.

هو گفت: "اين اولين بار است كه ويژگي هاي فروسرخ اين غشاها به طور كامل هم از طريق اندازه گيري و هم از طريق محاسبه مطالعه مي شود."

براي توليد اين غشاهاي نانولوله اي، دانش مندان نانولوله ها را در آب به كمك سورفاكتنت (ماده اي براي كاهش كشش سطحي آب) پخش كردند و سپس اين ماده را روي زيرلايه هاي گرم شده پاشيدند تا غشاها ايجاد شوند. دانش مندان با تاباندن نور فروسرخ روي غشاهاي نانولوله اي دريافتند كه اين غشاها نرخ انتقال بيش از 90 درصد را در يك محدوده ي طول موج گسترده ي فروسرخ (450 نانومتر تا 20 ميكرومتر) حفظ مي كنند.

اين دانش مندان توضيح دادند كه به خاطر انتقال فروسرخ بالاي اين غشاهاي نانولوله اي، جلوگيري از حرارت ضعيف خواهد بود اما براي كاربردهايي كه نياز به اتلاف گرما دارند، مناسب خواهد بود. يك نمونه ي مهم سلول هاي خورشيدي است. از آن جايي كه بخش بزرگي از انرژي خورشيدي بالاي طول موج يك ميكرومتر (بيشتر از طول موج نوري) است، اين غشاهاي نازك نانولوله اي شفاف مي توانند به منظور مهار گرماي اضافي در سلول هاي خورشيدي فروسرخ به كار روند و بدين طريق بازدهي سلول خورشيدي را افزايش دهند.

هو گفت: "يك كاربرد مهم، سلول خورشيدي فروسرخ است، جايي كه غشاهاي نانولوله اي مثل غشاهاي گرافيني مي توانند امكان انتقال انرژي فروسرخ را به لايه ي فعال فراهم كنند كه ساخت سلول خورشيدي فروسرخ را ممكن مي كند."

در مقايسه با ساير مواد شناخته شده براي انتقال امواج فروسرخ، غشاهاي نانولوله اي ميزان بازتاب كمتري دارند (كمتر از 10 درصد). اين مزيت به معناي اين است كه غشاهاي نانولوله اي در مقايسه با ساير مواد طول موج هاي قطع بالايي دارند (طول موج هاي فروسرخ وسيع تري را انتقال مي دهند). اين ويژگي مي تواند اين غشاها را براي كاربرد در محدوده ي فرا فروسرخ مناسب كند.

اين غشاها مي توانند به عنوان الكترودهايي براي كاربردهاي گوناگون صنعتي و نظامي به كار روند. هو افزود كه در آينده اين پژوهش گران قصد دارند استفاده از اين غشاها را براي دوربين هاي فروسرخ بررسي كنند.

پژوهش گران دانشگاه میامی و دانشگاه های توکیو و توهوکو در ژاپن توانسته اند وجود "باتری اسپینی" را اثبات کنند؛ باتری ای که با اعمال یک میدان مغناطیسی قوی در نانوآهن رباهای قطعه ای که "پیوند تونل مغناطیسی (MTJ)" نام دارد، شارژ می شود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونیوز)، این فن آوری جدید گامی به سوی ایجاد دیسک های سختی خواهد شد که بخش متحرک ندارند و در نتیجه سریع تر، ارزان تر و با مصرف انرژی کمتر نسبت به نمونه های کنونی خواهند بود. در آینده این باتری های جدید به حدی توسعه خواهند یافت که در اتومبیل ها به عنوان منبع توان به کار گرفته شوند.

این مطالعه در نشریه ی نیچر (Nature) منتشر شده است.

این وسیله که به دست فیزیک دان دانشگاه میامی، استوارت ای. بارنز، از دانشکده علم و صنعت و همکاران وی ساخته شده است، می تواند انرژی بیشتری نسبت به باتری های واکنش شیمیایی ذخیره کند. به گفته ی بارنز مانند کوک کردن ماشین اسباب بازی، این باتری اسپینی با اعمال یک میدان مغناطیسی بزرگ کوک می شود و هیچ درگیری شیمیایی ندارد. این وسیله به طور بالقوه بهتر از هر چیزی است که تا کنون پیدا شده است.

وی همچنین افزود: "ما این تأثیر را پیش بینی کرده بودیم، ولی این وسیله ولتاژی صد برابر بیشتر و به مدت ده ها دقیقه تولید می کند در حالی که پیش بینی ما در حد میلی ثانیه بود. از آنجایی که این اتفاق غیر منطقی بود، ما را راهنمایی کرد تا به طور تئوری بفهمیم چه اتفاقی در حال رخ دادن است."

راز پنهان در پشت این فن آوری استفاده از نانوآهن رباها برای القای نیروی الکتروموتوری است. این فن آوری از همان اصول حاکم در باتری های مرسوم استفاده می کند غیر از این که به طرز مستقیم تری می باشد. توضیح این که انرژی ذخیره شده در یک باتری که در یک آی پاد یا اتومبیل وجود دارد، شکلی از انرژی شیمیایی است. وقتی چیزی روشن می شود، این واکنش شیمیایی است که جریان الکتریکی ایجاد می کند. اما این فن آوری جدید انرژی مغناطیسی را به طور مستقیم و بدون واکنش شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. جریان الکتریکی ایجاد شده در این فرآیند "جریان پلاریزه شده ی اسپینی (spin polarized current)" نامیده می شود که از کاربردهای فن آوری جدیدی به نام "اسپینترونیک (spintronics)" است.

به گفته ی بارنز این یافته ی جدید دانسته های ما را مبنی بر نحوه ی کارکرد آهن رباها بهبود می دهد و اولین کاربرد آن استفاده از MTJها به عنوان عناصری الکترونیکی است که با روشی متفاوت نسبت به ترانزیستورهای مرسوم کار می کنند. اگرچه این وسیله قطری کمتر از تار موی انسان دارد و حتی توانایی روشن کردن یک LED (Light Emitting Diod)را ندارد، اما انرژی ذخیره شده با این روش این پتانسیل را دارد که انرژی اتوموبیلی را تا چند مایل تأمین کند. قابلیت های این فن آوری بی پایان است.

بارنز همچنین می گوید: "در بسیاری چیزها آهن رباهای دور از چشم وجود دارند، برای مثال در تلفن های همراه و اتومبیل ها، آهنرباهای مختلفی وجود دارند یا همان چیزهایی که یخچال شما را بسته نگه می دارند. آهن رباها آنقدر زیاد هستند که حتی تغییر کوچکی در نحوه ی فهم ما از چگونگي کارکرد آن ها، ممکن است تنها منجر به پیشرفت کوچکی در ماشین های آینده شود ولی تأثیر عمده ای در مسائل مالی و مسائل مربوط به انرژی خواهد داشت."

برای اطلاعات بیشتر می توانید به مجله ی زیر مراجعه کنید:

Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E. Barnes & Sadamichi Maekawa. Electromotive force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel junctions. Nature, 2009; DOI: 10.1038/nature07879

تا کردن کاغذ برای در آوردن شکل هایی مانند جرثقیل یا پروانه به اندازه کافی برای بسیاری از مردم چالش برانگیز است. حال تصور کنید تلاش کنیم تا چیزی صد برابر نازک تر از تار موی انسان را تا کرده و از آن به عنوان یک قطعه ی الکترونیکی استفاده نماییم.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، گروهی از محققان به رهبری جورج بارباستاتیس، استاديار مهندسی مکانیک، در حال توسعه ی اصول پایه ای "نانو اُریگامی[1]" هستند - روش جدیدی که به مهندسان اجازه می دهد مواد نانومقیاس را تا کرده و ساختار های سه بعدی بسازند. مواد ریز تا شده می توانند به صورت موتور و یا خازن در مدارها استفاده شوند و در نتیجه این پتانسیل را خواهند داشت که پیشتاز حافظه های بهتر رايانه ای، پردازنده های سریع تر و ابزارهای نانونوری جدیدتری باشند.

روش های تولید در ابعاد میکرو و نانوی سنتی مانند لیتوگرافی (حکاکی) پرتوی ایکس و یا نانونگاري برای ساختارهای دو بعدی به خوبی کارساز است و به طور عمومي برای ساخت پردازنده ها و ابزارهای میکروالکتریکی-مکانیکی (MEMS) به كار مي روند، ولی این روش ها قادر به ایجاد ساختارهای سه بعدی نیستند.

تونی نیکول، دانشجوی كارشناسي ارشد مهندسی مکانیک که روی این پروژه کار می کند، می گوید: "بیشتر آن چه که تاکنون انجام شده سطحی است. ما می خواهیم از همه ی ابزارهای مناسب که تاکنون برای تولیدهاي دو بعدی و سه بعدی توسعه داده شده است، استفاده کنیم."

گروه موسسه ی تحقیقاتی ماساچوست (MIT) از ابزارهای لیتوگرافی (حکاکی) مرسوم برای ساختن مواد دو بعدی در مقیاس نانو، جهت ايجاد الگو استفاده می کنند و سپس آنها را برای ایجاد شکل های سه بعدي از پيش تعیین شده تا می زنند. این روش حوزه ی جدیدی از کاربردهای ممکن را به روی ما می گشاید.

کوچک تر و سریع تر

در حال حاضر نيز، محققان یک خازن نانومقیاس سه بعدی به نمایش گذارده اند که با همکاری یانگ شائو-هورن، استاد MIT، توسعه یافته است و در سال 2005 در مجمع الکتروشیمی معرفی شده بود. به گفته ي نادر شار، دانشجوی كارشناسي ارشد مهندسی مکانیک که در حال کار روی این پروژه است، مدل کنونی تنها شامل یک تا است ولی می تواند تاهای بیشتری بخورد و به این ترتیب توانایی ذخیره انرژی بیشتری داشته باشد. هم چنین لایه های اضافی موجب افزایش سرعت انتقال اطلاعات می شود، دقیقا مانند مغز انسان که چین خوردگی زیاد در آن اجازه ی ارتباط سریع تری را بین ناحیه های مختلف مغز می دهد.

رسيدن به موادی که به جلو و عقب تا شوند و ساختاری آکاردئونی داشته باشند، در كنار دست يابي به سطح ها و لبه هايي كه به دقت در كنار هم به صف شوند، یکی از بزرگ ترین چالش های محققان بوده است.

گروه محققان در حال کار بر روی راه های مختلف تحریک نانومواد برای تا کردن آن ها هستند، از جمله:

- ته نشین کردن فلز (معمولا کروم) روی سطحی که قرار است تا شود. این کار موجب می شود که ماده به سمت بالا خم شود، ولی این روش اجازه ی تا زدن زوایای قائمه یا از نوع آکاردئون را نمی دهد.

- هدایت پرتوی از یون های هلیوم به جایگاه مطلوب برای تا زدن. این پرتوها در سطح ماده طرح هایی حک می کنند که موجب می شود هنگام برداشته شدن باریکه، ماده تا بخورد. پرتوهای با انرژی بالاتر با نفوذ به لایه های زیرین ماده موجب تا شدن آن به سمت بالا می شوند؛ هم چنین یون های حاصل از پرتوهای کم انرژی در سطح ماده جمع و باعث می شوند ماده به سمت پایین تا شود.

- تعبیه ی سیم هایی از طلا درون ماده. جریانی که از درون سیم های طلا عبور می کند با یک میدان مغناطیسی خارجی واکنش می دهد و " نیروی لورنتس[2]" ی ایجاد می کند که صفحه را بلند می کند. این روش شکلی از "خودسازی" هدايت شده است که در آن طراح، قالب را آماده می کند و سپس اجازه می دهد تا قطعه خود را بسازد.

این شکل های تا شده می توانند با انواع مختلفی از مواد پیاده سازی شوند از جمله سیلیکون، سیلیکون نیتراید (نوعی از سرامیک) و یک پلیمر نرم به نام SU-8.

هنگامی که ماده تا شد، قسمت رمزدار آن در جلوی سطح ها قرار می گیرد تا به طور مناسب به صف شود. محققان راه هایی را توسعه داده اند که این کار را با موفقیت انجام دهند: یکی از این راه ها استفاده از آهن ربا است و راه دیگر شامل چسباندن پلیمرهایی به یک مکان خاص روي سطح ها و ذوب کردن آن ها با جریان الکتریکی است، به طوری که دو قسمت به هم بچسبند.

اين گروه هم اکنون روی این کار می کنند که لبه ها و وجه های مكعب های تا شده را با دقت نانومقیاس ردیف کنند، اما شار، با نظارت استاديار مهندسی مکانیک، کارول لیورمور، روش امیدوار کننده ای ابداع کرده است و آن استفاده از سه جفت حفره ی منطبق بر هم و تحمیل آن ها برای کشیدن لبه ها و وجه ها به مسیر تنظیم شده است.

محققان در فاز توسعه ی ابزار های نانو- تا شده، جدی هستند، اما آنان در حال انديشيدن به اين موضوع هستند كه این فن آوری در آینده چگونه مي تواند مورد استفاده قرار گيرد. نیکول می گوید : "ما اجزاء اصلی را شناسايي كرده ايم و اکنون خوشحال خواهیم شد اگر کاربردهایی برای آن ها پیدا کنیم."

زیر نویس:

[1] اريگامي: واژه ای به زبان ژاپنی به معنی هنر تا کردن کاغذ برای ایجاد شکل های مختلف

[2] نيروي لورنتز: نيرويي كه توسط يك بار نقطه اي تجربه مي شود كه در حال حركت در طول يك سيم قرار گرفته در يك ميدان مغناطيسي است؛ اين نيرو نسبت به هر دو ميدان جريان و مفناطيسي نود درجه زاويه دارد. نيروي لورنتز مي تواند براي شناور نگه داشتن يك چيز حامل جريان بين دو آهن ربا به كار گرفته شود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، دانشمندان دريافته اند كه گرافيت در مقياس هاي زماني فراسريع مانند يك نيمه هادي رفتار مي كند. اين نتايج داراي اهميت بنياديني هستند براي دستگاه هاي الكترونيكي آينده كه بر اساس كربن اند و در آن ها ميدان ها يا فركانس هاي الكتريكي بالا پردازش مي شوند.

نانوماده هايي مانند كربن داراي ويژگي هاي منحصر به فردي هستند، كه براي اولين بار منجر به كاربردهايي در قطعات و حسگرهاي الكترونيكي شده است. اين ماده ها بر پايه ي لايه هاي منظم و نازك اتمي از اتم هاي كربن اند، براي نمونه به شكل لايه ي مجزايي به نام گرافين يا لوله هاي پيچشي اي به شكل نانولوله هاي كربني. ويژگي هاي الكترونيكي چنين ساختارهايي تا حد زيادي مربوط به ويژگي هاي گرافيت مي باشد، كه شامل دسته اي از صفحه هاي گرافيني هستند.

با وجود تحقيق هاي متمركز گذشته، رفتار بنيادي الكترون ها در اين ماده به طور كامل شناخته نشده است و بر سر آن بحث هاي زيادي وجود دارد.

ماركوس بريوسينگ، كلاس روپرز و توماس السائسر، سه دانشمند از موسسه ي ماكس-بورن در برلين، رفتار الكترون ها را در اين لايه هاي گرافيت در زمان بي درنگ مورد بررسي قرار داده اند.

هم چنان كه آن ها در گزارش خود در Physical Review Letters آورده اند، نحوه ي حركت الكترون ها را با دقت زماني بي مانندي برابر با تنها 10 فمتوثانيه ثبت كردند (يك فمتوثانيه برابر با يك ميليونيم يك ميليارديم ثانيه است). الكترون ها با پالس هاي ليزري فراكوتاه به سمت سطوح انرژي بالا تهييج شدند، و انرژي آن ها در بازگشت به حالت تعادل جذب شد. گام هاي مجزاي اين فرايند به لحاظ زماني مشخص مي شوند، و توزيع آني الكترون ها در ماده معين مي شوند. طي 30 فمتوثانيه، الكترون ها گاز داغي را با دماي 2500 درجه ي سلسيوس شكل مي دهند، كه تنها طي 500 فمتوثانيه تا حدود 200 درجه ي سلسيوس پايين مي آيد. انرژي پراكنده شده در اين فرايند، به شبكه ي بلور منتقل مي شود. پس از اين فرايند، الكترون ها به آهستگي به حالت هاي اوليه ي خود بازمي گردند.

براي اولين بار، اين مطالعه به طور قطعي نشان مي دهد كه در مقياس هاي زماني فراكوتاه، گرافيت مانند يك نيمه هادي رفتار مي كند، مانند سيليكون يا گاليم آرسنايد، و نه مانند فلز.

مكانيك حركتي ديده شده، دست آوردهاي مهمي در مورد انتقال الكتريكي دارد، مانند جريان هاي جاري در ماده در فركانس هاي بالا. اين دست آوردها داراي اهميت بنياديني هستند براي دستگاه هاي الكترونيكي آينده كه بر اساس كربن اند و در آن ها ميدان ها يا فركانس هاي الكتريكي بالا پردازش مي شوند.

به گفته ي گروهي از محققان از دانش كده ي بوستون، آزمايش گاه هاي ملي لوس آلاموس و سانديا، و دانش گاه بوستون، فراماده (متامتريال) ي جديدي كشف شده است كه مي تواند به عنوان يك قطعه ي پيشرفته در طيف الكترومغناطيسي محدوده ي تراهرتز كار كند. اين فراماده استاندارد كاركردي را براي مدوله ي امواج كوچك تابشي ايجاد كرده است.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از يورك آلرت، محققان در جدیدترین نسخه ي آنلاین مجله ي نيچر فوتونيكس (Nature photonics) اعلام کردند كه جریان الکتریکی به كار رفته در فراماده ها - ساختاري تركيبي از تشديدكننده هاي حلقه اي چاك دار فلزي- زاويه ي فازی یک پرتو تراهرتزی را 30 برابر سريع تر و نیز با دقتی بسیار بیش تر از وسایل نوری، کنترل کرده است.

این اکتشاف نقطه ي عطفی را در کاربرد فراماده ها و تابش های تراهرتزی مشخص می کند -تابشهای تراهرتزی، فرکانس ايمن و غیریونیزه کننده ای است که موضوع بحث گستره ي در حال رشدي از تحقیقات می باشد و در کاربردهايی مانند سامانه های پیشرفته ي نمایشی-امنیتی و فن آوری های تصویری به آن به عنوان یک مولفه ي نويدبخش نگریسته می شود.

ويلي جي. پاديلا، استادیار دانش کده ي فيزيك بوستون و یکی از نويسندگان این مقاله، گفت: "این یک قطعه ي فراماده ي واقعی است، و این حقیقت را آشکار می کند که می توان در فرکانس های تراهرتز قطعات حالت جامد را با فراماده ها ساخت."

در مقیاس ميكرو، فراماده ها، ترکیب هايي هستند که چارچوب فلزي منحصر به فردي را برای توليد پاسخ به امواج نوری به کار می برند كه فراتر از عناصر مواد واقعی مورد استفاده، به هر فراماده ویژگی های خاص خودش را می دهد. طی دهه ي گذشته، محققان در پی یافتن راهی برای توسعه ي محدوده ي پاسخ های ماده به امواج تابشی الکترومغناطیسی بوده اند. طبقه بندی این امواج در جهت افزایش فرکانس به این قرار است: امواج رادیویی، مایکروویو، تابش تراهرتز، تابش فروسرخ، نور مرئی، تابش فرابنفش، اشعه ي ايكس و گاما. این فراماده ها اثرات جدید بسياري را نشان داده اند که با اصول الکترومغناطیسی پذيرفته شده در تضاد است.

به گفته ي پاديلا، در گذشته درون سامانه هایی که به عنوان طیف سنج های THz در حوزه ي زمان شناخته می شوند، شار تابش تراهرتز به طور غیر مستقیم توسط برشگرهاي نوری مدوله شده بودند - برشگرهای نوری وسایلي مکانیکی هستند که هم از ورود لیزر جلوگیری می کردند و هم اجازه ورود لیزر را می دادند. ایده ي "همه یا هیچ" (مانند باز و بسته شدن شاتر یک دوربین عکاسی)، سرعت کنترل امواج تراهرتز را بسیار محدود می کند چون قسمت های مکانیکی برشگرها بسیار کند عمل می کنند.

فراماده ي اختراع شده توسط گروه تحقیق، شار تابش تراهرتزی را در بیش از حدود 70 درصد از محدوده ي فرکانسی -نه فقط در نقاط ابتدا و انتهای فرکانس- به طور الكترونيكي كنترل كرد.

پاديلا گفت: "می توانیم با به کار بردن یک سیگنال الکترونیکی در این قطعه آن را کدر سازیم تا مانع از تابش های تراهرتز شود و یا آن را شفاف کنیم تا تابش های تراهرتز از آن عبور کنند، که در نهایت می توانید آنرا به سرعت خاموش یا روشن کنید - و اين امكان را به شما مي دهد تا پرتوی از فرکانس معینی را مدوله کنید."

بر اساس اين گزارش كه با هم كاري هو-تونگ چن، ابول ك. ازاد و آنتوينت جي. تيلور از آزمايش گاه ملي لوس آلاموس، مايكل جي. سيچ از آزمايش گاه هاي ملي سانديا و ريچارد دي. آوريت از دانش گاه بوستون نوشته شده است، چون قطعه ي فراماده از نوع حالت جامد است، و قسمت های متحرک آن حذف شده است، 30 برابر سریعتر از برشگر نوری می باشد.

پاديلا گفت: "مزيت فراماده ها این است که شما این کار را به صورت الکترونیکی انجام می دهید و اگر بخواهید که یک قطعه بسازید مزیتش این است که به تمامي حالت جامد و کنترل شده با ولتاژ است.شما قسمت متحرکي ندارید. از این رو می توانید عمل مدوله کردن را در سرعت هاي بسیار بالایی انجام دهید."

محققان يادآور مي شوند که این نوع کنترل ها برای فرکانس های مایکرویو و نوری توسعه داده شده است که منجر به شماری از دگرگوني هاي کلیدی بزرگ گردیده است ولی این فناوری ها براي فرکانس های تراهرتز توسعه نیافته اند.

به گفته ي پاديلا، یک قطعه ي فراماده ي حالت جامد، گام حساسی به سوي قطعات تراهرتز بهبود يافته می باشد مانند دوربین ها يا اسکنرها.

پاديلا گفت: "چیزی که ما با این فراماده نشان داده ايم این است که اکنون به نقطه ای رسیده است که می تواند به عنوان قطعه ای به كار رود. مي تواند قطعه اي باشد كه شما مي توانيد برای ساخت سامانه اي تراهرتزی آن را بکار بريد."

اطلاعات اضافي:

مدولاسيون:

به طور کلی فرایند گنجاندن سیگنال حاوی اطلاعات در سیگنالی دیگر را مدولاسیون می نامند. روش های مدولاسیون علاوه بر آنکه امکان گنجاندن اطلاعات را بر روی سیگنالی که انتشار موثرتری دارد، فراهم می کند، این امکان را نیز می دهد که خود سیگنال دارای طیف هم پوشان از طریق یک کانال انتقال یابد؛ این مفهوم را مالتی پلکس می نامند.

از آن جایی که پژوهش گران تلاش می کنند چگالی و کارایی عناصر مدارها را در تراشه های رايانه اي افزایش دهند، یکی از گزینه های جدید پیش روی آن ها، مقاومت حافظه دار یا ممریستور - چهارمین عنصر مداری پسیو - است. وجود اين عنصر اولين بار در سال 1971 پيش بيني شد و در سال 2008 برای اولین بار ساخته شد. ممريستورها عناصر دو سري هستند كه مقاومت آنها متناسب با مقدار جريان كل عبوري از آن ها تغيير مي كند.

با تغييرات ديناميكي در شكل تزريق به درون مواد داراي خاصيت ممريستوري، دانش مندان مي توانند رابطه ي جريان - ولتا‍‍ژ قطعه، و در نتيجه مقدار مقاومت حافظه دار را كنترل كنند. از آنجايي كه ممريستورها با قطع شدن تغذيه حالت خود را حفظ مي كنند، داراي حافظه ي غير فرار هستند.

به هر حال ممريستورها عناصر پسيو هستند و بنابراین توانايي تزريق انرژي به مدار را ندارند. به همين دليل به منظور كاركرد صحيح، ممريستورها نيازمند مجتمع شدن با مداراتي هستند كه شامل عناصر اكتيو باشند، مانند ترانزيستورها كه قادر به تقويت يا سوئيچ سيگنال هاي الكترونيكي هستند. مداري كه شامل ممريستور و ترانزيستور باشد، مي تواند مزايایي چون كارايي بهتر، تعداد اجزاي كمتر و در مقابل، سطح تراشه و ميزان مصرف انرژي كمتر را هم زمان داشته باشد.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از فيزورگ، در جديدترين مطالعه ي گروهي از محققان آزمایشگاه های هیولت - پکارد (HP) در پالو آلتوی کالیفرنیا، برای اولین بار مداری ترکیبی، از ممریستور/ترانزیستور ساخته و ارائه شد. این گروه اثبات کردند، برنامه نویسی شرطي نانوممریستور با مدارات ترکیبی نشان می دهد که همان عناصر در یک مدار می توانند طوری شکل داده شوند که مانند یک مدار منطقی، مسیر یابی سیگنال و یا حافظه به کار روند. با تعیین مسیر سیگنال خروجی یک تابع منطقی به یک ممریستور، مدار حتی می تواند خود را دوباره شکل دهی کند. این ویژگی افق های متنوعی از مدارهای خودبرنامه ریز به روی ما می گشاید.

استن ویلیامز از اعضای گروه HP می گوید: "حداقل دوازده ترانزیستور لازم است برای این که بتوانیم عملکرد یک ممریستور را تقلید کنیم. بنابراین برای مداراتی که نیاز به نوعی نگه دارنده یا کار دیگری قابل انجام با ممریستور هستند، حداقل برای طراح امکان پذیر است که تعدادی ترانزیستور اکتیو را با یک ممریستور پسیو که بسیار کوچک تر از یک ترانزیستور است جایگزین کند. این امر با وجود کاهش تعداد ترانزیستورها، کارایی تراشه را به طور كامل حفظ می کند و از طرفی در سطح تراشه و توان مصرفی آن صرفه جویی می نماید. بنابراین تداوم معادله قانون مور براي چندين نسل، نه با کوچکتر شدن ترانزیستورها بلکه با جای گزینی آن ها با ممریستورها ممکن خواهد بود."

طرح ممریستور گروه HP شامل دو مجموعه ي 21 تایی موازي از سیم های 45 نانومتری است که از مقابل یکدیگر عبور می کنند تا یک آرایه ی عرضی به صورت صليبي را شکل دهند، این آرایه با استفاده از لیتوگرافی نانوحکی ساخته می شود. قرار گرفتن یک لایه ی با ضخامت 20 نانومتر از نیمه هادی تیتانیوم دی اکسید (TiO2) بین نانوسیم های افقی و عمودی، ممریستور را در فصل مشترک بين هر جفت سیم شکل می دهد. سپس یک آرایه از ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) آرایه ی عرضی ممریستور را احاطه می کند، آنگاه ممریستورها و ترانزیستورها توسط نشان هاي فلزي اي به یکدیگر متصل می شوند.

سپس محققان با اجرای یک تابع منطقی مقدماتی (AB+CD) از چهار ولتاژ ورودی که چهار مقدار را مشخص می کند قطعه را آزمايش كردند. این کار روی دو رديف از آرایه های عرضی ممریستور انجام شد و نتایج از راه ترانزیستورها هدایت شد. این ترانزیستورها سیگنال را تقویت کرده و به منظور برنامه ریزی، نظیر به نظیر آن را به آرایه ی ممریستور باز می گردانند. به بیان دیگر سیگنال خروجی یک تابع ساده از یک مدار ممریستوری می تواند برای برنامه ریزی دوباره ی همان ممریستور به کار رود تا عملکرد جدیدی داشته باشد.

ویلیامز هم چنین توضیح می دهد: "خودبرنامه ریزی نوعی از یادگیری محسوب می شود. بنابراین مدارهای دارای ممریستور ممکن است این ظرفیت را داشته باشند که نحوه ی انجام یک وظیفه را یاد بگیرند، نه این که برای انجام آن برنامه ریزی شوند."

همان طور که محققان توضیح داده اند، اساس ممریستورها بر این است که میزان مقاومت قطعه می تواند تغییر کند و آن مقدار باقی بماند - ودر نتیجه به خاطر سپرده شود. این خاصیت به صورت فیزیکی با حرکت بارهای مثبت ناشی از حفره های اکسیژن که در نیمه هادی Tio2 تزریق شده اند مشخص می شود. در ممریستورها ولتاژ بایاس مثبت می تواند حفره ها را از الكترود دور كند و مقاومت را افزایش دهد، برعکس ولتاژ بایاس منفی حفره ها را جذب مي كند و موجب کاهش مقاومت خواهد شد. حال اگر قطعه به همین صورت رها شود حالت خود را حداقل تا یک سال حفظ خواهد کرد.

محققان امیدوارند این نمونه ي آزمایشی از مدار ترکیبی ممریستور/ترانزیستور سرمشقی برای یکپارچه سازی بیشتر ممریستورها با استفاده از مدارهای متعارف CMOS باشد. علاوه بر این، نمایش سامانه اي که بتواند برنامه ریزی خود را تغییر دهد می تواند سرمشقی باشد برای راهی به سوی یک معماری متنوع و جدید، مانند مدارات پیوندگاهی (سيناپتيك) انطباقی.

برای اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله زیر رجوع کنید:

Borghetti, Julien; Li, Zhiyong; Straznicky, Joseph; Li, Xuema; Ohlberg, Douglas A. A.; Wu, Wei; Stewart, Duncan R.; and Williams, R. Stanley. "A hybrid nanomemristor/transistor logic circuit capable of self-programming." PNAS, February 10, 2009, vol. 106, no. 6, 1699-1703.

طبق گفته ی یک کارشناس پن استیت (Penn state) که سوئیچ پلاسمونیک را توسعه داده است، پلاسمونیک ها که می توانند جایگزینی برای وسایل محاسباتی امروزی باشند، قادرند زمینه را برای تولید نسل بعدی رایانه ها فرآهم آورند که هم سریع تر کار کنند و هم نسبت به سامانه های الکترونیکی اطلاعات بیشتری را در خود جای دهند و نیز کوچک تر از سامانه های نوری باشند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز)، تونی جون هوآنگ، استادیار رشته ی مکانیک و علوم مهندسی، گفت: "اگر پلاسمونیک ها (کاملاً) شناخته شوند، در آینده مدارهای الکترونیکی ای خواهیم داشت که نسبت به مدارهای حال حاضر از نظر اندازه بسیار کوچک تر بوده و دارای ظرفیت چند میلیون برابر بیش تر هستند. پلاسمونیک ها، دو خاصیت سرعت و ظرفیت مدارات نوری را با اندازه های کوچک مدارهای الکترونیکی تلفیق می کنند."

امروزه می توان مدارهای الکترونیکی بسیار کوچکی ساخت ولی با این کار ظرفیت آنها و هم چنین سرعت حرکت داده ها درون مدار بسیار محدود می شود. در مقابل، مدارهای نوری اطلاعات را با سرعت نور ارسال می کنند ولی اندازه ی این مدارها بسیار بزرگ می باشد که این بزرگی بسته به طول موج نور آنها دارد.

پلاسمونیک ها با ترکیب بهترین مدارهای نوری و الکترونیکی می توانند الکترون ها و نور را همزمان با استفاده از سطح دستگاه منتقل کنند.

گروه آقای هوآنگ، یک سوئیچ پلاسمونیک را از روتاکسن های (Rotaxanes) دو حالته ی قابل تغییر ساختند. روتاکسن ها، مولکول های پیچیده ای هستند که ظاهری دمبل شکل دارند و حلقه یا حلقه هایی اطراف محور وسط را احاطه کرده اند. گاهی اوقات روتاکسن ها را ماشین های مولکولی می نامند. این حلقه ها هم می توانند حول محور وسط بچرخند و هم می توانند در طول محور آن جابه جا شوند. ایجاد تغییر در این شکل مولکولی، مبنا و اساس سوئیچ پلاسمونیک می باشد.

رایانه ها در ساده ترین بیان، ماشین هایی هستند که فقط می توانند بگویند بلی (Yes) یا خیر (No) و برای انتقال اطلاعات این عمل را چندین و چند مرتبه انجام می دهند. به طریق مشابه، حرکت و جنبش مولکول ها می توانند در نقش این ماشین ها ظاهر شوند، همان طور که یک کلید برای روشن خاموش کردن لامپ به کار می رود.

محققان، ماشین های مولکولی خود را به کمک مواد خانواده ی دی سولفید به نانودیسک های شیشه ای پوشیده شده از طلا متصل کردند. مولکول های دمبل شکل که دارای دو سطح می باشند، با دو ماده شیمیایی متفاوتی پوشیده شدند. در ابتدا حلقه به سمت یک سطح مولکول کشیده شده بود. وقتی که ماده شیمیایی اکسید شد، حلقه از جای خود منحرف و به سمت سطح دیگر جابه جا گردید. که باعث تلنگری به سوئیچ می شود. چون این فرآیند برگشت پذیر است، بنابراین حلقه به محل اولیه خود نیز بر می گردد تا از نو سوئیچ را تحت تاثیر قرار دهد. با حرکت مولکول، نوسان پلاسمون سطح در آن ناحیه ی کوچک فلزی که به آن متصل شده است، تغییر می کند. تغییر در رزونانس باعث ارسال سیگنال به مدار می شود. سوئیچ پلاسمونیک که هوآنگ و گروه وی آن را توسعه دادند، هنوز به عنوان قسمتی از مدار به حساب نمی آید.

هوآنگ می گوید: "مدارهای پلاسمونیکی هنوز به دست نیامده اند. قطعات پلاسمونیکی که در گذشته ساخته شدن، همگی پسیو (منفعل) بودند و به عنوان منابع نور، عدسی ها و موج برها مورد استفاده بودند.

سوئیچ های هوآنگ با یک فرآیند شیمیایی فعال می شوند هر چند این روش ، انتخاب بهینه ای برای یک مدار عملی نمی باشد .

محققان در آخرین شماره ی مجله ی Nano Letters اظهار می دارند که: "ما معتقدیم که می توان این فرآیند شیمیایی محرک اکسایش - کاهش را با شوک مستقیم الکتریکی و یا شوک نوری جایگزین نمود، با این کار عاقلانه رده ی تازه ای از اجزاء پلاسمونیک فعال ( مبتنی بر ماشینهای مولکلولی) برای مدارهای مجتمع نانونوری (NanoPhotonic) حالت جامد ایجاد می گردد که دارای پتانسیل خوبی برای کارهای فوق العاده ریز و با انرژی پایین می باشند."

در واقع قطعات پلاسمونیک به رایانه ها این امکان را می دهند که بسیار سریع تر شده و در فضاهای کوچک تر دارای حافظه بسیار بیش تری گردند؛ یعنی، نگه داری بیش از یک هزار فیلم روی یک درایو نوعی USB امکان پذیر می شود.
هوآنگ پیشنهاد می کند که پایگاه های کاربردی مانند یوتیوب که بسیار محبوب و پر مخاطب اند ولی دارای کیفیت تصاویر بسیار پائینی می باشند، با این روش می توانند تصاویری با کیفیت بالا داشته باشند.

هوآنگ می گوید: "ما هنوز در ابتدای راه هستیم. شاید تا تولید مدارهای پلاسمونیکی, پنج سال فاصله باشد."

در کنار هوآنگ، از جمله محققان این پروژه یو بینگ ژنگ و بالا کریشنا جولوری، دانش آموختگان رشته مکانیک و علوم مهندسی؛ لاسه جنسن (Lasse Jensen)، استاد شیمی؛ پال ویس (Paul Weiss)، استاد برجسته شیمی فیزیک (که اینان همگی از پن استیت هستند)؛ لی فانگ و فراسر استودارت (Fraser Stoddart) به ترتیب فارغ التحصیل و استاد دانشگاه نورس وسترن؛ یینگ-وی یانگ، دارای مدرک فوق دکترا از دانشگاه کالیفرنیا؛ لس آنجلس و آمار اچ. فلوود، استاد دانشگاه ایندیانا (Indiana) هستند. نیروی هوایی آمریکا (بخش تحقیقات علمی) و بنیاد ملی علوم نیز از این کار حمایت کردند.

اطلاعات اضافی:
توضیحاتی در مورد پلاسمون

توانايي الكترون ها براي حركت به اطراف زماني كه تحت فشار قرار مي گيرند افزايش مي يابد. در تركيباتي مثل نيمه هادي ها و عايق هاي الكتريكي، اعمال چنين فشاري مي تواند به طور چشم گيري ويژگي هاي الكتريكي و مغناطيسي را دگرگون كند.

به گزارش خبرگزاري برق،‌ الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)،‌ تحت فشار محيط، اكسيد اروپيم در دماي پايين تر از 69 كلوين فرومغناطيس مي شود كه كاربردهاي آن را محدود مي كند. به هر حال، دماي مغناطيس شوندگي آن با بالا رفتن فشار افزايش مي يابد كه تا 200 كلوين در فشار 150 هزار اتمسفر مي رسد. تغييرات ايجاد شده در ساختار الكترونيكي كه موجب چنين دگرگوني هاي چشم گير شد هنوز ناشناخته باقي مانده اند.

هم اكنون دانشمندان در آزمايشگاه ملي آرگن دپارتمان انرژي امريكا، قابليت حركت (موبيليته) الكترون را تغيير داده و ساز و كاري را شناسايي كرده اند كه قدرت تعامل مغناطيسي و در نتيجه دماي مغناطيس شوندگي ماده را كنترل مي كند.

نارسيزو سوزانتو، پژوهش گر فوق دكتراي آرگن،‌گفت: "EuO (اكسيد اروپيم) يك نيمه هادي فرومغناطيس است و ماده اي است با توانايي حمل جريان هاي قطبي شده ي اسپيني كه عنصر جدايي ناپذير قطعات آينده در جهت ايجاد تغييرات در اسپين و بار الكترون ها در ميكروالكترونيك نسل جديد است."

با استفاده از اشعه ي قدرتمند ايكس از "منبع فوتون پيشرفته" براي مطالعه ي ساختار الكترونيكي اين ماده تحت فشار، سوزانتو و دنيل هاسكل، فيزيكدان آرگن، در چاپ ششم فوريه ي Physical Review Letters گزارش دادند كه الكترون هاي صد در صد قطبي شده ي 4f اروپيم تحت فشار با اتصال به الكترون هاي مجاور قابل حركت مي شوند. قابليت حركت افزايش يافته،‌ تزويج مغناطيسي بين اسپين هاي اروپيم را افزايش مي دهد كه منجر به افزايش سه برابري دماي مغناطيس شوندگي مي شود.

در حالي كه به نظر مي رسد نياز به فشارهاي اعمالي بزرگ، بار زيادي براي ادوات محسوب مي شود، تغيير شكل هاي بسيار متراكم مي تواند در نواحي مياني غشاي اكسيد اروپيم با تغيير عدم تطابق در پارامتر شبكه با زيرلايه هاي انتخاب شده، ايجاد شود. با شناسايي اين ساز و كار، پژوهش انجام شده مي تواند مسيري براي تغيير دماي مغناطيس شوندگي در اين ماده و مواد مرتبط با هدف نهايي رسيدن به 300 كلوين (دماي اتاق) فراهم آورد.

هاسكل گفت: "تغيير شكل، يك بعد جديدي در طراحي قطعات مدرن كه بر مبناي تزريق، انتقال و شناسايي جريان هاي قطبي شده ي اسپيني بالا در ساختارهاي مختلط نيمه هادي و مغناطيسي هستند، مي افزايد."

ساير نويسندگان مقاله: دانشجوي فارغ التحصيل،‌ يوآن چيه سنگ از دانشگاه نورس وسترن و جرارد لپرتوت.

اداره ي علوم دپارتمان انرژي امريكا از اين پژوهش پشتيباني كرد.

جوهر جديدي كه توسط پژوهشگران دانشگاه ايلي نويز توسعه داده شده است به آنان امكان داد كه خطوط نقره اي خود را رسم كنند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اين جوهر كه از نانوذرات نقره تشكيل شده است، مي تواند در ادوات الكترونيكي و اپتوالكترونيكي به منظور ساخت ميكروالكترودهاي انعطاف پذير، كشسان و قابل گسترش كه سيگنال ها را از يك عنصر مدار به عنصر ديگر حمل مي كنند، استفاده شود. اين ميكروالكترودهاي چاپي مي توانند خمش ها و كشش هاي مداوم را با كمترين ميزان تغييرات در ويژگي هاي الكتريكي خود، تحمل كنند.

جنيفر لويس، استاد علوم مواد و مهندسي و مدير آزمايشگاه پژوهش مواد فردريك سيتز در دانشگاه ايلي نويز، و همكاران وي مقاله اي در 12 فوريه در Science Express، نسخه ي اينترنتي مجله ي Science، در اين مورد منتشر كردند. در اين مقاله، آن ها ميكروالكترودهاي نقره اي الگوداري را با چاپ همه سويه ي جوهر نانوذره ي غليظ با ضخامت كمينه ي حدود 2 ميكرون روي نيمه هادي، پلاستيك و زيرلايه هاي شيشه اي شرح دادند.

لويس گفت: "برخلاف چاپ به صورت جوهرافشان يا صفحه اي، دست آورد ما اين امكان را فراهم مي كند كه ميكروالكترودها خارج از صفحه چاپ شوند كه به آن ها اجازه مي دهد مستقيما از تركيبات نمونه ي موجود به سمت تركيب قوس هاي گسترش پذير حركت كنند. بطور مشخص، لايه هاي عايق يا آرايه هاي الكترودي پرشي (bypass) در طرح بندي هاي متداول مورد نياز است."

براي ايجاد ساختارهاي چاپي، اين پژوهشگران ابتدا جوهر نانوذره ي نقره ي غليظ توليد مي كنند. سپس اين جوهر از درون يك شيپوره ي استوانه اي باريك متصل به يك پايه ي ميكروموقعيت ياب سه محوره عبور داده مي شود كه توسط نرم افزار طراحي شده به كمك كامپيوتر كنترل مي شود.

هنگام چاپ، نانوذرات نقره هنوز به يكديگر متصل نمي شوند. فرآيند اتصال زماني رخ مي دهد كه ساختار چاپي تا 150 درجه ي سانتيگراد يا بيشتر گرم شود. حين التهاب حرارتي، اين نانوذرات، بصورت يك ساختار به هم پيوسته تركيب مي شوند. به دليل نياز به دماي فرآيند نسبتا پايين، ساختارهاي چاپي با زير لايه هاي انعطاف پذير ارگانيك سازگارند.

براي نشان دادن فراگير بودن اين فرآيند چاپ، پژوهشگران ميكروالكترودهاي نقره اي خارج از صفحه و مسطح را الگوسازي كردند؛ اتصالاتي گسترش پذير براي ميكروسلول خورشيدي و آرايه هاي LED توليد كردند؛ و سيم هاي نقره اي را به قطعات سه بعدي ظريف متصل كردند.

بوك يه اوپ آن، پژوهشگر فوق دكترا و نويسنده ي اصلي مقاله، گفت: "برخلاف شگردهاي رايج، دست آورد ما اين امكان را فراهم مي كند كه سيم هاي نقره اي كوچك به قطعات ظريفي كه از كمترين فشار تماسي استفاده مي كنند، متصل شوند."

اريك داوس، دانشجوي فارغ التحصيل و ديگر نويسنده ي مقاله، گفت: "دست آورد ما قادر است سيستم هاي بسيار مجتمعي از انواع گوناگون مواد را روي محدوده ي وسيعي از زير لايه ها ايجاد كند. چاپ همه سويه به برخي از محدوديت هاي طراحي كه امكان توسعه ي علم الكترونيك چاپي را محدود كرده است، غلبه مي كند."

علاوه بر لويس، آن و داوس، ساير نويسندگان مقاله شامل رالف نازو، استاد شيمي، جان راجرز،‌ استاد علوم مواد و مهندسي و نيز اعضاي گروه پژوهشي آن ها مي شود. اين پروژه توسط دپارتمان انرژي امريكا پشتيباني مي شد.

فیزیکدانان در دانشگاه روتجرز (Rutgers) به خواص جالب و غيرعادي ماده اي پی برده اند که می تواند در افزایش راندمان و کارایی سلول های خورشیدی و نیز در طراحی تراشه های کامپیوتری مؤثر باشد.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، دانشمندان نشان داده اند، بلوری متشکل از بیسموت (Be)، آهن (Fe) و اکسیژن (O2) از لحاظ الکترونیکی می تواند عملی انجام دهد که نیمه هادی های مرسوم قادر به آن نیستند. این کریستال مانند یک دیود دو جهته عمل می کند. (دیود دو جهته قطعه ای است که می تواند تحت یک شرایط معین امکان شار جریان را در یک جهت فراهم کند که تحت شرایط متفاوتی از حالت قبل ,جهت این جریان در جهت مقابل خواهد بود. دیودهای نیمه هادی قدیمی دو طرفه نیستند و جهتی که آنها قادر به عبور جریان می باشند در هنگام ساخت دیود معین و تثبیت گردیده است.

محققان یافته های خود را در 18 فوریه در مقاله ای در science Express منتشر کردند. Science Express پایگاه اطلاع رسانی بزرگی است که جدیدترین و بروزترین مقالات علمی منتشر شده در مجله Science را به اطلاع عموم می رساند.

دانشمندان هم چنین دریافته اند که دیودهایی که از این مواد ساخته می شوند، به هنگام تابش نور بر آنها، جریان تولید می کنند. این مسأله می تواند بیانگر این مطلب باشد که سلول های خورشیدی آینده را می توان از این مواد تهیه نمود. این مواد در برابر انتهاي آبی طيف نور حساسیت بالایی از خود نشان می دهند که این ویژگی مي تواند کارایی سلول های خورشیدی را بسیار افزایش دهد.

سانگ ووك چئونگ، استاد فیزیک دانشكده ي علوم و صنايع و یکی از پنج نویسنده مقاله فوق، میگوید: "ما به راندمانی بالاتر از بازده سلول های خورشیدی امروزي دست یافته ایم. هر چند هنوز میزان بازده نهايي اين ماده را به عنوان سلول خورشيدي نمی دانیم، كاملا نياز داريم بر روي فن آوري هاي جايگزيني كه مي توانند موجب بهبود كار شوند، تحقيق خود را ادامه دهيم."

کریستالی که سانگ ووك چئونگ و همتاهای وی به آن دست یافته اند یک ماده فروالکتریک است. به این معنی که این بلور رفتار قطبش الکتریکی و یا هم جهت شدن را از خود نشان می دهد. این قطبش که دانشمندان معتقدند توانایی کریستال را در برابر عملکردش به عنوان یک دیود کنترل می کند، تحت عنوان اثر توده ای یا اثر حجمی شناخته می شود، که این اثر حجمی مشخصه ای است که تمام کریستال را شامل می شود. حال آنکه در نیمه هادی های قدیمی ، عملکرد دیود بر پایه اثرات الکتریکی در لایه میانی دو ماده متفاوت (که تشکیل دهنده دیوداند) استوار است.

با اعمال یک ولتاژ خارجی در بلور فرو الکتریک، عمل قطبش در سویی که دیود اجازه عبور جریان را می دهد، تغییر خواهد کرد.

سانگ ووك چئونگ می گوید: "ویژگی این مواد می تواند طراحی تراشه های رايانه اي را بسیار انعطاف پذیر نماید." به گفته ي وی مهندسان می توانند با استفاده از این خاصیت عنصر مداري مجزايي را طوری طراحی کنند که در یک ترکیب خاص از مدار یک عمل را انجام دهد و در آرایشی دیگر از مدار عمل دیگری را به انجام برساند.

این مواد به طبقه ای از مواد بلوری تحت عنوان "perovskites" تعلق دارند که دارای دو یون مثبت، در اندازه های اتمی بسیار متفاوت از یکدیگر می باشد (در این جا، بیسموت و آهن) که توسط یون های منفی احاطه شده اند (در این جا اکسیژن). که برای هر اتم بیسموت و آهن , سه اتم اکسیژن وجود دارد.

از دست اندرکاران این مقاله، Taekjib Choi ,YoungJaiChoi و نیز استاديار Valery Kiryukhin می باشند. دیگر همکار این مقاله Seong Su Lee می باشد که هم اکنون در موسسه تحقیقاتی انرژی اتمی کشور کره می باشد. بنياد ملي علوم از این تحقیقات حمایت کرده است و Taekjib Choi نیز تحت حمایت بنياد تحقیقاتی کره که از طرف دولت کره حمایت می شد، بوده است.

مركز ميكروالكترونيك بين دانشگاهي، IMEC، در كنفرانس بين المللي مدارهاي حالت جامد (ISSCC)، مرحله ي نهايي استفاده از مدار حلقه ي قفل فاز (PLL) و تقويت كننده ي قدرت در فن آوري CMOS ديجيتال 45 نانومتري را ارائه كرد. اين اجزاي اصلي راهي براي توليد راديوهاي 60 گيگاهرتزي را در سال 2010 گشوده است كه تنها به CMOS ساده متكي خواهد بود و راهكار تك تراشه اي را محقق خواهد كرد. همچنين IMEC مخابره ي بي سيم چند گيگابايت بر ثانيه را با استفاده از مدول 60 گيگاهرتزي خود نشان داد كه اين مدول، تركيبي است از آنتن اختصاصي IMEC و واسط آنتن با تراشه ي RF چند آنتنه ي 45 نانومتري خود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، IMEC در حال توسعه ي راديوهاي 60 گيگاهرتز تك تراشه با استفاده از فن آوري CMOS ديجيتال پيشرفته است. قسمت RF به خوبي از مزاياي سرعت مقياس گذاري فن آوري تراشه اي بهره مي برد. CMOS ديجيتال 45 نانومتري نيز امكان دست يابي به سرعت بالا، مصرف پايين و مشخصه هاي فضايي پايين را براي بخش ديجيتال ميسر مي كند. IMEC با توسعه ي راهكارهاي زنجيره اي شكل و دست يابي به آرايه ي آنتن فازي به عملكرد پايين سيگنال به نويز كه به راديوهاي 60 گيگاهرتز مبتني بر سيليكون آسيب مي رساند، غلبه مي كند.

پيشرفت اصلي ابتدايي كه در ISSCC ارائه شد، تحقق بخشيدن به واسطه ي RF گيرنده ي 57 تا 66 گيگاهرتز كنترل شده بصورت ديجيتال در CMOS ديجيتال 45 نانومتري با مقدار نويز تنها 6 دسي بل است. فضاي كوچك 150 در 150 ميكرومترمربعي، مصرف پايين 19 ميلي آمپري در ولتاژ تغذيه ي 1.1 ولت و كنترل تمام ديجيتالي، آن را براي سامانه هاي آرايه فازي مناسب مي كند.

سپس IMEC يك PLL مجتمع 57-66 گيگاهرتزي ارائه كرد. اين PLL كه تمام طرح هاي پيشين را از نظر محدوده ي ميزان سازي (tuning) پشت سر مي گذارد، اولين مداري است كه فازهاي خروجي يك چهارمي در فركانس هاي موج ميليمتري را فراهم مي كند به طوري كه مي تواند بسهولت در يك ساختار zero-IF استفاده شود. اين مدار، تنها 75 ميلي وات در ولتاژ تغذيه ي 1.1 ولت مصرف مي كند.

رودي لوورينز، نايب رييس اداره ي فن آوري سامانه هاي هوشمند در IMEC، گفت: "بر اساس نتايج ارائه شده، مي توانيم به پخش ويدئويي غيرفشرده با كيفيت بالا با 16 مسير آنتني بيش از 10 متر و با مصرف توان 1.6 وات براي گيرنده ي كامل، تحقق بخشيم."

در پايان، IMEC گزارشي از اولين تقويت كننده ي قدرت موج ميليمتري در CMOS ديجيتال 45 نانومتري با توان خروجي تصحيح شده و حفاظت ESD مناسب ارائه كرد. اين تقويت كننده ي قدرت پوش-پول داراي نقطه ي تراكم 1 دسي بل از 11 دسي بل متر بين 50 تا 67 گيگاهرتز در ولتاژ تغذيه ي 1.1 ولت است.

رودي لوورينز افزود: "صنعت به دليل چالش هاي عمده ي مربوط به همين قسمت موج ميليمتري از طيف RF، تمايلي به طراحي مدارهاي 60 گيگاهرتزي ندارد. اين طراحي هاي عالي و براي اولين بار صحيح 60 گيگاهرتزي در CMOS ديجيتال 45 نانومتري نمايانگر مهارت IMEC در طراحي 60 گيگاهرتز و پتانسيل روش شناسي (متدلوژي) طراحي ماست. ما از صنعت دعوت مي كنيم كه به برنامه ي پژوهشي 60 گيگاهرتزي ما بپيوندد تا از اين دانش و فن آوري هاي مجتمع سازي ناهمگن پيشرفته ي IMEC كه نسل دوم راهكارهاي راديوي 60 گيگاهرتز تك تراشه ي واقعي را در سال 2010 ممكن مي كند،‌ بهره مند شوند."

علاوه بر اين، IMEC تراشه ي RF چند آنتني 45 نانومتري خود را با آنتن ها و واسط آنتن اختصاصي IMEC با استفاده از فن آوري PCB تركيب كرد.

توابع منطقي و حافظه اي دستگاه هاي الكترونيكي آينده مي تواند تا حد زيادي كوچك شوند - به يك يا دو نانومتر به جاي چند ده نانومتري كه اغلب پيشرفته ترين عناصر امروزي به اين گونه اند - اگر راهي براي كنترل ديواره هاي حوزه - ناحيه هاي بسيار نازك تراكنشي كه مناطقي را كه داراي ويژگي هاي مغناطيسي، الكتريكي متفاوت مي باشند، جدا مي كنند - پيدا شود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، دانشمندان دپارتمان آزمايشگاه ملي انرژي لارنس بركلي و دانشگاه كاليفرنيا در بركلي، در ماده اي به نام بيسموت فريت، يك تركيب غيرعادي از بيسموت، آهن، و اكسيژن (BiFeO3)، يك ويژگي از ديواره هاي حوزه را كشف كرده اند كه پيش از اين مشاهده نشده بود. اگرچه بيسموت فريت يك عايق است، محققين دريافته اند كه بين حوزه هاي با قطبش الكتريكي متفاوت، خود ديواره هاي حوزه - با پهناي تنها دو نانومتر - الكتريسيته را در دماي اتاق هدايت مي كنند.

رامامورتي رامش از بخش علوم مواد آزمايشگاه بركلي (MSD)، استاد دپارتمان علوم مواد و مهندسي و دپارتمان فيزيك دانشگاه كاليفرنيا، مي گويد: "ديواره ي حوزه يك صفحه ي دوبعدي مجازي درون ماده است. از آن جا كه آن ها بسيار كوچك هستند و مي توانند حركت داده شوند، براي الكترونيك آينده بسيار نويدبخش مي باشند."

رامش برنامه ي مواد كوانتومي MSD را براي مطالعه ي مواد پيچيده رهبري مي كند، كه توسط دفتر علوم انرژي پايه (BES) پشتيباني مي شود. به گفته ي رامش، برخلاف فلزات يا نيمه هادي هاي آشنا، ويژگي هاي الكتريكي و مغناطيسي پايه ي مواد پيچيده به محيط آن ها بسيار حساس مي باشند. "موادي به نام چندفروئيك ها نمونه اي از اين نوع ماده مي باشند، و بيسموت فريت يك نمونه از چندفروئيك ها مي باشد."

نويد چندفروئيك ها

ممكن است چندفروئيك ها اصطلاحي ناآشنا باشند، اما احتمالا اين موضوع براي زمان طولاني چنين باقي نماند. اين اصطلاح، توصيف كننده ي موادي است كه به طور هم زمان دو يا بيشتر از دو ويژگي فروئيك را نشان مي دهند - فرومغناطيس، فروالكتريسيته، يا فروالاستيسيته. براي نمونه، بيسموت فريت يك ضدفرومغناطيس و فروالكتريك مي باشد. (فروم معادل لاتين براي آهن مي باشد؛ مغناطيس شدگي در آهن به عنوان اولين ويژگي فروئيك مي باشد كه در زمان هاي باستان ديده شده بود، اما اصطلاح فروئيك در حال حاضر توسعه يافته و شامل تركيبات و ويژگي هايي نيز مي شود كه هيچ ارتباطي با آهن ندارند.)

خاصيت فرومغناطيسي آشناترين نوع از مغناطيس شدگي مي باشد، كه توسط ميدان هايي كه جهت آن ها توسط قطب هاي شمال و جنوب مشخص مي شود، توصيف مي شود. خاصيت فروالكتريسيته به موادي برمي گردد كه مي توانند به لحاظ الكتريكي قطبيده شوند و داراي يك جهت دل خواه از بار الكتريكي مثبت - منفي باشند. در مواد فروالاستيك - براي نمونه تركيبات "حافظه-قالب" - ايجاد فشار مي تواند موجب يك تغيير خود به خود در جهت يا ساختار بلوري شود كه مي تواند دوباره به حالت اول بازگردد. يك ماده ي چندفروئيك داراي مناطقي است كه توسط ديواره هاي حوزه جدا شده اند، كه يكي يا بيشتر از يكي از اين ويژگي هاي متفاوت به طور متفاوتي جهت دار شده اند.

رامش مي گويد: "يك دليل كه ما به اكسيدهايي مانند بيسموت فريت نظر داريم اين است كه مي توانيم يك ويژگي را با تغيير ديگران، كنترل كنيم. اين مواد داراي شخصيت بسيار بالايي مي باشند."

جان سيدل از دپارتمان فيزيك دانشگاه كاليفرنيا، در حين انجام اندازه گيري هاي كاوش پويشي بر روي لايه هاي نازك ماده ي ايجاد شده توسط لين مارتين از MSD، به ويژگي هاي منحصر به فرد ديواره ي حوزه ي بيسموت فريت دست يافت. اين دو نفر هر دو از اعضاي برنامه مواد كوانتومي مي باشند.

مارتين مي گويد: "براي ساخت لايه ها، ما اكسيدهاي سراميكي حاوي بيسموت و آهن را با يك پالس ليزري مورد هدف قرار داده و اين جامد را به يك پر پلاسمايي تبديل مي كنيم كه روي زيرلايه ته نشين مي شود. ساختار اين زيرلايه را انتخاب و دما و فضا را كنترل مي كنيم تا به تركيب مناسب و فاز مناسب دست يابيم."

براي كار حاضر، مارتين لايه هايي از بيسموت فريت را با ضخامت بين 50 تا 200 نانومتر روي زيرلايه هايي از استرونتيوم تيتانيوم اكسيد (SrTiO3) كشت داد، بلوري كه پارامترها و ساختار مشبك مانند آن، رشد لايه هاي بيسموت فريت با كيفيت بالا را تقويت مي كردند. (لايه ي نازكي از يك تركيب متفاوت، استرونتيوم روتنيوم اكسيد، SrRuO3، ابتدا بين زيرلايه و بيسموت فريت خوابانده مي شود تا به عنوان يك الكترود عمل كند.)

بيسموت فريت، مانند بسياري از چندفروئيك اكسيدهاي ديگر ساختار بلورين پرووسكيت دارد، كه در آن صفحاتي از اتم هاي اكسيژن و اتم هاي سنگين (مانند بيسموت) جايگزين صفحاتي از اتم هاي اكسيژن و اتم هاي سبك تر (مانند آهن) مي شوند. يك اتم آهن در مركز سلول مكعبي بيسموت فريت پايه مي باشد، و مكان آن - چه كمي خارج از مركز در يك جهت يا چه در جهت ديگر - به اضافه ي مكان هاي اتم هاي بيسموت تحت تاثير واقع شده، موجب افزايش قطبش محلي مي شود.

لايه هاي بيسموت فريت حاوي حوزه هاي فروالكتريك با ابعاد بين 5 تا 10 ميكرومتر مي باشند كه سيدل مي گويد، "ما مي توانيم ساختار حوزه را نگاشته و حتي توسط مكانيزم هاي كاوش پويشي متفاوت آن را تغيير دهيم."

بيسموت فريت يك عايق است، اما هر حوزه يك قطبش يا جهت بار مجزا دارد، كه سيدل با استفاده از يك ميكروسكوپ نيروي پيزوپاسخ (PFM) آن را نگاشت: هم چنان كه كاوش گر PFM بر روي نمونه حركت مي كند، يك ميدان الكتريكي متناوب در نوك آن موجب افزايش يك پاسخ مكانيكي قابل آشكارسازي در نمونه، بر اساس قطبش آن مي شود. چنين كاركرد يكساني مي تواند خاصيت قطبش محلي لايه را با اعمال ولتاژ به مقدار كافي بزرگي براي تغيير آن، كنترل نمايد.

براي نگاشت ويژگي هاي توپوگرافي سطح لايه، كاوش گر پويش كننده در حالت ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) به كار گرفته شد. در حالت AFM، كاوش گر به طور موثري راه خود را در طول سطح "احساس مي كند"، مانند يك سوزن در يك ضبط و پخش كننده كه شيارها را در حالت ضبط شده احساس مي كند. علاوه بر اين، با تنظيم ولتاژي كه براي تاثيرگذاري بر قطبش حوزه ها بسيار ناچيز مي باشد، محققين مي توانند ويژگي هاي الكترونيكي اين لايه ها را كاوش كنند.

در اين حالت (AFM رسانا)، سيدل رسانايي محلي نمونه را در طول حوزه ها و در طول ديواره هاي حوزه ها اندازه گيري كرد. حوزه ها نارسانا بودند - چرا كه بيسموت فيت يك عايق است - اما در نهايت شگفتي، ديواره هاي حوزه ي معيني از خود رسانايي الكتريكي نشان دادند. رسانايي آن ها بستگي به تفاوت زاويه اي در جهت قطبش روي دو طرف ديواره ي حوزه داشت.

محققين براي درك اين رسانايي غيرمنتظره از ميكروسكوپي الكتروني انتقالي (TEM) در مركز ملي آزمايشگاه بركلي براي ميكروسكوپي الكتروني استفاده كردند تا چگونگي آرايش متفاوت اتم ها را در حوزه ها و نزديك ديواره هاي حوزه، بررسي نمايند. ديواره هاي حوزه ي بيسموت فريت در طول دو صفحه ي بلورشناختي مجزا جهت دار مي شدند؛ آن ها مي توانند حوزه ها را با اختلافات 109، 71، يا 180 درجه اي در جهت قطبش جدا سازند. با مقايسه ي ساختار اتمي يك ديواره ي حوزه ي 71 درجه اي غيررسانا با ساختار اتمي يك ديواره ي حوزه ي 109 درجه اي رسانا، محققين تفاوت آشكاري را در ساختار محلي كشف كردند: اين امر، نويدبخش رسيدن به كليد درك منشا اين اثر بود.

چگونه ديواره هاي حوزه ي يك ماده ي عايق مي توانند الكتريسيته را هدايت كنند؟

رامش مي گويد: "ما با نظريه پردازاني كار كرديم تا به ما كمك كنند رفتاري را كه مشاهده كرده بوديم، مدل سازي كنيم و مكانيزم اين رسانايي را درك نمائيم. آن چه به وجود آمد تصوير روشني از تغييرات در ساختار سلول هاي واحد بيسموت فريت نزديك ديواره هاي حوزه بود." اين تغييرات ساختاري به طور مستقيم به يك تغيير محلي در ويژگي هاي الكترونيكي ماده در مركز ديواره ي حوزه متصل است.

مارتين مي گويد: "آن چه اتفاق مي افتد اين است كه هم چنان كه مكان هاي اتم هاي آهن مركزي در طول ديواره ي حوزه تغيير مي كنند، قطبش نسبت به ديواره ي حوزه به طور ستوني افزايش پيدا مي كند - اما در همين حين، پيش از افزايش دوباره در موازات ديواره صفر مي شود. اين امر، موجب ايجاد الكترون هاي آزاد در مجاورت خود مي شود كه منجر به انباشته شدن در ديواره مي گردد، كه آن ها مي توانند در طول خود ديواره حركت كنند."

هم چنين، محاسبات محققين نشان داد كه فاصله ي باند بيسموت فريت - ويژگي حياتي براي تعيين ويژگي هاي الكترونيكي مواد به كار فته در دستگاه هاي الكترونيكي - به طور مشخي در مركز ديواره هاي حوزه ي 109 و 180 درجه اي كاهش يافت، كه با افزايش رسانايي در آن جا سازگار است. اما در ديواره هاي حوزه ي 71 درجه اي غيررسانا، فاصله ي باند خيلي كمتر كاهش يافت.

آن چه موجب شد تا سيدل با اين نتايج برخورد كند "علم پايه است. ما يك ويژگي پايه ي مواد فروالكتريك، و خود فروالكتريسيته، را كشف كرده ايم كه پيش از اين شناخته شده نبود. فروالكتريك ها به مدت بيش از نيم قرن مورد مطالعه قرار گرفته بودند، اما اين اولين مورد مشاهده ي اين نوع از رسانايي است."

مارتين به كاربردهاي بالقوه ي كشف خودشان علاقمند است. او مي گويد:‌ "ديواره هاي حوزه، ويژگي نانومقياس نهايي خواهند بود. آن ها ذاتي مواد هستند - آن ها مي خواهند آن جا باشند. و آن ها تنها دو نانومتر پهنا دارند! مثل تنه زدن به صفحه ي گرافيني - يك لايه ي مجزا از اتم هاي كربن با ويژگي هاي رسانايي قابل توجه - است. درست درون يك سراميك سفت عايق."

براي رامش، كشف ديواره هاي حوزه اي كه الكتريسيته را مانند يك فلز هدايت مي كنند، در يك اكسيد، گامي است در طول "مسيري رو به هدف مقدس مواد اكسيد، چالش ايجاد و كنترل تراكنش هاي فلز-عايق در محيط هاي واسطي در يك ماده. اين امر علت علاقه ي DOE به اين نوع از تحقيق مي باشد."

نتايج اين تحقيق در نسخه 25 ژانويه ي 2009 مجله ي Nature Materials منتشر شده است.

پژوهشگران دانشگاه ايلي نويز، با مجتمع سازي يك منبع الكترون حالت جامد و يك قطعه ي پلاسماي ميكروحفره اي، ترانزيستور پلاسمايي توليد كرده اند كه مي تواند براي ساخت نمايشگرهاي صفحه تخت با وضوح بالاتر و قيمت و وزن پايين تر استفاده شود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) ، گري ادن، استاد مهندسي برق و كامپيوتر و مدير آزمايشگاه مهندسي و فيزيك اپتيك دانشگاه ايلي نويز، گفت: "اين قطعه ي جديد قادر است هم جريان رسانايي پلاسما و هم انتشار نور را با ولتاژ اميتر 5 ولت يا كمتر كنترل كند."

درون اين ترانزيستور پلاسما يك پلاسماي ميكروحفره اي - يك قطعه ي الكترونيك-فوتونيكي كه در آن يك گاز (يك پلاسما) باردار شده با الكتريسيته توسط يك حفره ي ميكروسكوپيك احاطه شده است - قرار دارد. توان توسط دو الكترود تحت ولتاژهاي بالاتر از 200 ولت تامين مي شود.

ادن و دانشجوي وي، كوفنگ چن، ترانزيستور پلاسما را از ورقه هاي مس اندود ساختند كه در آن ها با استفاده از شيوه هاي استاندارد فوتوليتوگرافيك، ميكروحفره هايي به قطر 500 ميكرون ايجاد شده بود. منبع الكترون حالت جامد از يك ويفر سيليكوني ساخته شد كه توسط يك لايه ي نازك دي اكسيد سيليكون پوشانده شده بود.

ميكروحفره تقريبا به قطر يك تار موي انسان است و از مقدار كمي گاز پر شده است. وقتي كه با الكترون ها تهييج مي شود، اتم هاي پلاسما نور منتشر مي كنند. رنگ اين نور بستگي به اين دارد كه چه گازي در ميكروحفره قرار داده شود. براي مثال نئون نور قرمز و آرگون نور آبي منتشر مي كند.

دور پلاسما يك لايه ي مرزي نازك به نام غلاف قرار دارد. جريان الكتريكي درون غلاف توسط الكترون هاي با بار منفي حمل نمي شود بلكه يون هاي با بار مثبت اين كار را انجام مي دهند. يون ها با توجه به اينكه بسيار سنگين تر از الكترون ها هستند و لذا سخت تر شتاب مي گيرند، نيازمند يك ميدان الكتريكي بزرگ هستند كه با استفاده از يك افت ولتاژ بزرگ در غلاف توليد مي شود.

ادن - كه يكي از پژوهشگران آزمايشگاه علوم هم پايه و آزمايشگاه نانو فن آوري و ميكروي دانشگاه ايلي نويز نيز مي باشد - گفت: "ميدان الكتريكي شديد در غلاف پلاسما حركت الكترون ها را نيز بهتر مي كند. با تزريق الكترون ها از اميتر به غلاف، مي توانيم جريان الكترون ها را در پلاسما بطور قابل ملاحظه اي افزايش دهيم كه رسانايي و انتشار نور پلاسما را افزايش مي دهد."

به گفته ي ادن، در حالي كه پلاسماي ميكروحفره اي هنوز هم به ولتاژ بالاتر از 200 ولت براي انتشار نور و هدايت جريان نياز دارد، جريان و انتشار نور مي تواند توسط يك منبع الكترون كنترل شود كه با ولتاژ 5 ولت يا كمتر كار مي كند. جرياني كه از غلاف به سمت توده ي پلاسما ارسال مي شود مشخص مي كند كه چه مقدار جريان توسط دو الكترود راه انداز ميكروپلاسما حمل شده است.

در كار قبلي، گروه ادن لامپ هاي پلاسماي صفحه تخت توليد كردند كه در ساخت آن ها از دو ورقه ي فويل آلومينيومي استفاده شده بود كه توسط يك لايه ي دي الكتريك نازك از اكسيد آلومينيوم بدون ناخالصي از هم جدا شده بودند. بيش از 250 هزار لامپ مي توانند در يك پانل قرار داده شوند. و به خاطر اينكه پلاسماهاي ميكروحفره اي مي توانند در فشار اتمسفري كار كنند ديگري نيازي به تكه هاي ضخيم شيشه براي بسته بندي آنها وجود ندارد. اين صفحه هاي پلاسماي سبك وزن كمتر از يك ميليمتر ضخامت دارند.

ادن افزود: "توانايي كنترل هر پلاسماي ميكروحفره اي بطور مستقل مي تواند صفحه ي پلاسماي ما را تبديل به نمايشگرهاي پلاسما با وضوح بالاتر و قيمت كمتر كند. ترانزيستور پلاسما مي تواند براي كاربردهايي كه در آن مي خواهيد از ولتاژ كوچك براي كنترل توان زياد استفاده كنيد نيز به كار برده شود."

ادن و چن ترانزيستور پلاسما را در مجله ي Applied Physics Letters شرح دادند. اين كار توسط اداره ي تحقيقات علمي نيروي هوايي آمريكا پشتيباني شد.

طي تحقيقي كه توسط وينسنت مئونيئر، از بخش علوم رايانه و رياضيات لابراتوار ملي اوك ريج، انجام شد، نشان داده شد كه اشكالات ساختاري مطرح شده در نانولوله هاي كربني مي تواند راه را به سمت مدارهاي نانولوله اي كربني باز كند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، نانولوله هاي كربني تكي، رساناهاي بسيار عالي الكتريسيته مي باشند اما هنگام اتصال آن ها به يكديگر در مدارات، اين هدايت از بين مي رود زيرا اتصالات به عنوان مانع عمل مي كنند و عايق هاي موثري هستند.

البته، كار انجام شده در دپارتمان مركز انرژي براي علوم مواد نانو در ORNL و لابراتوار ملي مكزيك براي تحقيقات نانوعلم و نانوفن آوري نشان مي دهد كه اشكالات موجود در ساختار مشبك كربن، كه به طور نوعي شش ضلعي مي باشد، هدايت بين نانولوله ها را بهبود مي بخشند.

اين كشف مي تواند منجر به مدارات نانومقياسي شود كه امكان ساخت رايانه هايي فشرده تر و قدرتمندتر را از مواد نانولوله اي فراهم مي سازد كه بهتر از سيليكون كار خواهند كرد.

اين تحقيق در مجله ي ACS Nano منتشر شده است. اين كار توسط بخش علوم مواد و مهندسي، دفتر علوم انرژي پايه ي DOE پشتيباني مي شود.

محققين موسسه ي پلي تكنيك رنسلائر، نوع جديدي از ديود گسيلنده ي نور (LED) را توسعه و نمايش داده اند كه به لحاظ كارايي روشنايي و بازده انرژي رشد قابل توجهي داشته است.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اين LED جديد منطبق با قطبش، كه در همكاري با سامسونگ الكترومكانيكس توسعه داده شده است، افزايش 18 درصدي در خروجي نور و افزايش 22 درصدي در بازده دوشاخه ديواري از خود نشان مي دهد.

اين قطعه ي جديد به كاهش قابل توجهي در "افت بازده" دست يافته است، پديده ي شناخته شده اي كه LED ها را تحريك مي كند تا به هنگام دريافت چگالي جريان الكتريسيته ي پايين در پربازده ترين حالت باشند، اما در صورت چگالي جريان الكتريسيته ي بالا دچار افت بازده شوند. علت اين افت هنوز به طور كامل درك نشده است، اما مطالعات نشان داده اند كه احتمالا بخش بزرگي از اين مسئله مربوط به نشتي الكترون مي باشد.

اي. فيرد شوبرت، مدير پروژه، استاد رنسلائر و رئيس بنياد علوم ملي دانشگاه، گفت: "اين افت بسيار مورد توجه است چرا كه LED هاي با روشنايي بالاي امروزي در چگالي جريان هايي بالاتر از مقداري كه بازده حداكثر است، كار مي كنند. اين چالش، يك مانع بوده است، زيرا كاهش چگالي جريان به مقاديري كه LED ها پربازده تر هستند، غير قابل قبول است. اما LED جديد ما، كه به طور اساسي داراي يك ناحيه ي فعال بازطراحي شده به نام ناحيه ي فعال منطبق با قطبش مي باشد، اين موضوع را در نظر داشته است و LED ها را به قابليت كار پربازده در چگالي هاي جريان بالا نزديك مي سازد."

گروه شوبرت، با تمركز بر روي ناحيه ي فعال LED ها كه نور در آنجا توليد مي شود، كشف كردند كه اين ناحيه حاوي موادي با قطبش غيرمنطبلق مي باشد. به گقته ي شوبرت، احتمالا عدم انطباق قطبي موجب نشتي الكترون و بنابراين تلفات بازده مي شود.

محققين كشف كردند كه با معرفي طراحي حامل كوانتومي جديد، عدم انطباق قطبي مي تواند به شدت كاهش يابد. آن ها لايه ي مرسوم گاليم اينديم نيترايد/ گاليم نيترايد (GaInN/GaN) ناحيه ي فعال LED را با گاليم اينديم نيترايد/ گاليم اينديم نيترايد (GaInN/GaInN) جايگزين كردند. اين جابه جايي به لايه هاي ناحيه ي فعال امكان مي دهد كه قطبش منطبق بهتري داشته باشند، و در نتيجه هم نشتي الكترون و هم افت بازده را كاهش دهند.

شوبرت اميدوار است كه موج جديدي از قطعات روشنايي مبتني بر LED ها و روشنايي حالت جامد در سال هاي آينده، جايگزين حباب هاي روشنايي رايج شوند كه منجر به مزاياي محيطي، انرژي، و هزينه اي كلاني در كنار نوآوري هايي در حوزه ي سلامت، سامانه هاي حمل و نقل، نمايشگرهاي ديجيتال، و شبكه بندي رايانه اي خواهند شد.

نتايج اين مطالعه در مقاله اي كه اخيرا به صورت آنلاين توسط Applied Physics Letters منتشر شده است، به تفصيل آمده است.

پلاستيكي كه الكتريسيته را هدايت مي كند و فلزي كه كمتر از يك پر وزن دارد؟ اين بيشتر شبيه يك دنياي وارونه است. با اين حال محققين موفق شده اند پلاستيكي بسازند كه علاوه بر رسانا بودن قيمت آن نيز كمتر است.

پلاستيك، سبك و ارزان است اما جريان الكتريسيته را هدايت نمي كند. فلز، خاصيت فنري دارد و الكتريسيته را هدايت مي كند اما گران قيمت و سنگين است. تاكنون تركيب ويژگي هاي اين دو ماده ممكن نبود. موسسه IFAM در برمن آلمان راهكاري ارائه داده است كه بهترين هاي دو مجموعه را بدون نياز به دستگاه هاي جديد براي پردازش عناصر با هم تركيب مي كند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، بزرگترين چالش براي محققين رسانا كردن پلاستيك بود. اين كار به منظور استفاده در هيبريدهاي پلاستيكي-فلزي بود. اين هيبريدها در جاهاي زيادي كه اجزاي پلاستيك مجهز به بردهاي مدار چاپي مي شوند كاربرد دارند مثل اتومبيل ها و فضاپيماها. تاكنون اين كار تنها با استفاده از روش غير مستقيم پانچ كردن و خم كردن ورقه هاي فلزي طي يك فرآيند پر زحمت به منظور مجتمع كردن آنها در يك قطعه امكان پذير بود.

راهكار جديد ساده تر است: مواد كامپوزيت (مواد مركب). مواد مختلفي كه صرفا به يكديگر متصل نشده اند بلكه طي يك فرآيند ويژه تركيب شده اند تا ماده اي واحد را تشكيل دهند. اين فرآيند، شبكه اي همگن و مشبك داراي خاصيت هدايت الكتريكي توليد مي كند. كامپوزيت خاصيت پايداري شيميايي مطلوب و وزن كم را همراه با خاصيت هدايت گرمايي و الكتريكي فلزات دارد. با توجه به عدم نياز به مجتمع كردن مدارات چاپي فلزي در آينده و توانايي ساخت قطعات طي يك مرحله ي كاري، هزينه هاي توليد و وزن مواد بشدت كاهش خواهد يافت.

به ويژه سازنده هاي اتومبيل و فضاپيماها از اين پيشرفت سود خواهند برد. به عنوان مثال محفظه هاي چراغ هاي اتومبيل از پلاستيك ساخته مي شوند. تاكنون از ورقه هاي پانچ شده ي فلزي در چراغ هاي اتومبيل استفاده مي شد. اگر اين محفظه ها به بردهاي مدار چاپي ساخته شده از هيبريدهاي رساناي پلاستيكي-فلزي مجهز شوند بسيار بهينه تر و كم قيمت تر از قبل ساخته مي شوند. بسياري از اجزاي يك فضاپيما مثل بدنه ي آن از كامپوزيت هاي فيبر كربن (CFC) ساخته مي شوند. هر چند آنها توانايي هدايت الكتريكي كمتري دارند. اصابت صاعقه نتايج مهلكي به همراه خواهد داشت. يك هيبريد پلاستيكي-فلزي گزينه ي مناسبي براي تخليه ي بار قطعات خواهد بود.

يك تلفن همراه خودتغذيه را در نظر بگيريد كه هرگز نياز به شارژ شدن ندارد چرا كه امواج صوتي توليد شده توسط كاربر را تبديل به انرژي مورد نياز براي ادامه ي كار خود مي كند. اين امر كه مرهون كار اخير تاهير كاگين، استاد بخش مهندسي شيمي Artie McFerrin دانشگاه Texas A&M، مي باشد چندان هم كه به نظر مي رسد دور از دسترس نيست.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، كاگين كه تحقيق او بر روي نانوفن آوري تمركز دارد، با استفاده از موادي كه معروف به "فيزوالكتريك" مي باشند، كشف مهمي در حوزه ي مهار انرژي انجام داده است - حوزه اي كه قصد دارد دستگاه هاي خودتغذيه اي را توسعه دهد كه نيازي به منابع تغذيه قابل جاسازي مجدد، مانند باتري ها، ندارند.

به طور مشخص، كاگين و همكارانش از دانشگاه هوستون به اين كشف دست يافتند كه نوع خاصي از مواد فيزوالكتريك مي توانند انرژي را با 100 درصد افزايش تبديل كنند به اين شرط كه در ابعاد بسيار كوچكي - در اين مورد، حدود 21 نانومتر ضخامت - ساخته شوند. مطلب ديگر اين كه، وقتي در ابعاد بزرگ تر يا كوچك تر از اين ابعاد معين ساخته مي شوند، كاهش قابل توجهي در ظرفيت تبديل انرژي خود نشان مي دهند.

يافته هاي وي كه با جزئيات كامل در مقاله ي منتشر شده در "Physical Review B"، مجله ي علمي انجمن فيزيك امريكا، در همين پايير آمده است، بالقوه مي تواند اثرات عميقي در دستگاه هاي الكترونيكي توان پايين مانند تلفن هاي همراه، رايانه هاي قابل حمل، ارتباطگرهاي شخصي و ديگر دستگاه هاي مرتبط رايانه اي داشته باشد كه توسط هر فردي از مصرف كننده ي معمولي گرفته تا ماموران اجراي قانون و حتي سربازان حاضر در ميدان جنگ مورد استفاده قرار گيرد.

اگرچه موضوع مورد مطالعه ي كاگين در مقياس كوچك است، تاثيرش مي تواند بزرگ باشد. كشف وي منجر به پيشرفت در حوزه اي از مطالعات خواهد شد كه به علت تقاضاي زياد مصرف كنندگان براي دستگاه هاي قابل حمل فشرده و بي سيم با طول عمر زياد، بيش از پيش رواج خواهد يافت.

طول عمر باتري همچنان يكي از دغدغه هاي اصلي براي پخش كننده هاي ام پي تري و تلفن هاي همراه مي باشد. اما گذشته از راحتي مصرف كنندگان، دستگاه هاي خودتغذيه از اصلي ترين مسائل مورد علاقه ي برخي از آژانس هاي فدرال مي باشند. آژانس پروژه هاي تحقيقاتي پيشرفته دفاعي امريكا، در حال بررسي روش هايي براي سربازان ميدان جنگ مي باشد تا توان لازم براي تجهيزات قابل حمل آن ها را از طريق انرژي مهار شده از پياده روي به سادگي توليد كنند. و حسگرهايي مانند آن چه براي آشكارسازي مواد منفجره استفاده مي شود، مي توانند از فن آوري خودتغذيه تا حد زيادي سود ببرند كه اين امر نياز به آزمايش و جايگزيني باتري ها را كاهش مي دهد.

كاگين گفت: "حتي آشفتگي هاي ايجاد شده در شكل امواج صوتي مانند امواج فشار در گازها، مايعات و جامدات نيز به منظور تغذيه ي دستگاه هاي نانو و ميكرو آينده قابل مهار مي باشند اگر اين مواد به طور مناسب و با اين هدف، پردازش و ساخته شوند."

به گفته ي كاگين، كليد اين فن آوري، فيزوالكتريك ها مي باشند. ريشه ي اين اصطلاح، كلمه ي يوناني "پيزين" به معناي فشار مي باشد. فيزوالكتريك ها موادي هستند (معمولا كريستال يا سراميك) كه به هنگام اعمال شكلي از فشار مكانيكي، ولتاژ توليد مي كنند. به عكس، به هنگام اعمال يك ميدان الكتريكي به آن ها، تغييري در ويژگي هاي فيزيكي آن ها ايجاد مي شود.

فيزوالكتريك مفهوم چندان جديدي نيست و توسط دانشمندان فرانسوي در دهه ي 1880 كشف شد. براي اولين بار در جنگ جهاني اول در دستگاه هاي سونار مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه اين مواد در ميكروفن ها و ساعت هاي كوارتز يافت مي شوند. فندك هاي موجود در خودروها نيز داراي فيزوالكتريك مي باشند. فشار دادن دكمه ي فندك به سمت پايين، روي يك كريستال فيزوالكتريك اثر مي گذارد كه اين امر به نوبه ي خود، ولتاژ كافي براي ايجاد يك جرقه و آتش گرفتن گاز را تامين مي نمايد.

در مقياس بزرگ تر، برخي از باشگاه هاي شبانه در اروپا داراي كف هاي رقص ساخته شده با فيزوالكتريك مي باشند كه انرژي ناشي از فشار پاها را جذب و تبديل مي كند تا به تغذيه ي چراغ هاي باشگاه كمك نمايد. همچنين طبق گزارشات، يك سالن ورزشي در هنگ كنگ از اين فن آوري براي تبديل انرژي تمرين كنندگان جهت كمك به تغذيه ي لامپ ها و موسيقي آن جا بهره مي برد.

به گفته ي كاگين، همچنان كه پيشرفت ها در اين كاربرد به راه خود ادامه مي دهند، كار فيزوالكتريك در مقياس نانو يك تلاش نسبتا جديد با جنبه هاي مختلف و پيچيده اي مي باشد كه بايد ملاحظات آن در نظر گرفته شود. وقتي چنان تغيير قابل توجهي در مقياس صورت مي گيرد، مواد به شكل متفاوتي واكنش نشان مي دهند.

كاگين، كه دريافت كننده ي جايزه ي معتبر Feynman در زمينه ي نانوفن آوري است، گفت: "وقتي مواد تا ابعاد نانومقياس پايين آورده مي شوند، ويژگي هايشان براي برخي از مشخصه هاي كارايي به شدت تغيير مي كند. مثال آن، مواد فيزوالكتريك مي باشند. ما نشان داده ايم كه وقتي شما به طول ويژه اي مي رويد - بين 20 تا 23 نانومتر - در واقع ظرفيت مهار انرژي را تا 100 درصد افزايش مي دهيد.

بررسي مواد پيچيده اي مانند نيمه هادي هاي دمابالا، به علت وجود بي نظمي و بسياري از تراكنش هاي رقابتي در مواد بلورين، با مشكل روبروست. دكتر تئودولوس كستي، از موسسه ي تحقيقات حالت جامد Forschungszentrum Jülich كه عضوي از انجمن هلمهولتز مي باشد، گفت: "اين امر، تشخيص نقش تراكنش هاي معين و به ويژه تصميم گيري در مورد اين كه آيا تراكنش هاي دفعي بين الكترون ها به تنهايي مي تواند نيمه هادگي دمابالا را توصيف كنند، مشكل مي سازد."

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اتم ها در يك شبكه ي نوري مي توانند به عنوان شبيه سازهاي كوانتومي براي بسياري از پديده هاي جالب مانند آنچه در بالا توصيف شد، به كار گرفته شوند. آن ها يك سامانه ي نمونه ي بسيار قابل انعطاف را در يك محيط تميز و كاملا كنترل شده ارائه مي دهند و براي مثال مي توانند الكترون ها را در ماده ي جامد به اصطلاح چگال شبيه سازي نمايند. در اين روشريال فيزيكدان ها اتم هاي فراسردي را درون يك ساختار بلوري و از طريق يك شبكه ي نوري معرفي مي نمايند و اين سامانه را به دلخواه بين حالت هاي فلزي و عايق، تغيير وضعيت مي دهند.

فيزيكدان ها با كمك اين شبيه ساز كوانتومي، موفق به شبيه سازي يكي از مهيج ترين پديده هاي الكترونيكي شدند: زماني كه تراكنش هاي بين الكترون ها بسيار قوي مي شود، يك فلز مي تواند به طور ناگهاني تبديل به عايق گردد. عايق بدست آمده كه موت (Mott) ناميده مي شود، احتمالا مهم ترين نمونه از حالتي از تراكنش هاي الكترونيكي در فيزيك ماده چگال و همچنين نقطه ي آغازي براي بررسي خاصيت مغناطيسي كوانتومي مي باشد. علاوه بر اين، خاصيت نيمه هادگي دمابالا در نزديكي اين عايق رخ داد.

نصب آزمايشي آن در Mainz اين امكان را مي دهد كه چگالي اتم ها و قدرت تراكنش دفعي بين اتم ها به طور مستقل از يكديگر ميزان شوند. با بررسي رفتار اتم ها تحت فشار و افزايش تراكنش ها، آزمايش كنندگان به رهبري پروفسور ايمانوئل بلوچ از دانشگاه جوهانز گوتنبرگ Mainz تونسته اند عايق موت را در گاز كوانتومي اين اتم ها آشكار سازند.

مقايسه اي كه با محاسبات نظري انجام شده توسط گروه هايي درJülich و Cologne صورت گرفت، منجر به ايجاد تفاهم خوبي بين نظريه و آزمايش شد. علاوه بر اين، محققين از طريق اين محاسبات نشان دادند كه يكي از روش هاي كليدي نظريه ي ماده ي چگال، مشهور به كلمه ي اختصاري DMFT (نظريه ي ميدان متوسط پويا)، نيز قابل كاربرد در سامانه هاي واقعي است. محققين انتظار دارند كه روش هاي نظري و آزمايش آن ها براي بررسي حالت هاي چندبدنه ي كوانتومي در شبكه ي نوري، به زودي توسط ديگر گروه ها مورد استفاده قرار گيرد.

اين مقاله با نام "فازهاي فلزي و عايق فرميون هاي تراكنش گر به شكل دفعي در يك شبكه ي نوري سه بعدي" در نسخه ي 5 دسامبر 2008 مجله ي ساينس چاپ شده است.

آن ها الکترونیکی ساخته اند که می تواند خم شود. آن ها الکترونیکی ساخته اند که می تواند کش بیاید. و هم اکنون، آن ها به هدف نهایی رسیده اند- الکترونیکی که می تواند به هر دگرشکل پیچیده ای چون پیچش دربیاید.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز)، یونگانگ هوآنگ، جوزف کومینگز، استاد مهندسی عمران و محیط و مهندسی مکانیک از دانشگاه نورث وسترن، و جان روجرز، استاد علوم مواد و مهندسی دانشگاه ایلی نویز، فن آوری خود را با نام "پاپ آپ" توسعه داده اند که مداراتی با قابلیت پیچش و تاب خوردگی ایجاد می نماید. این نوع الکترونیک می تواند در جاهایی که الکترونیک صاف و بدون خمش با مشکل روبرو می شود، مانند بدن انسان، مورد استفاده قرار گیرد.

تحقیق آن ها به صورت آنلاین توسط Proceeding of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شد.

اجزاء الکترونیکی به لحاظ تاریخی صاف و غیرقابل خمش بوده اند چرا که سیلیکون، جزء اصلی تمام الکترونیک، شکننده و غیرقابل انعطاف است. هر نوع خمش یا کشش قابل ملاحظه موجب خرابی دستگاه الکترونیکی می شود.

هوآنگ و روجرز روشی را برای ساخت الکترونیک قابل کشش توسعه دادند که محدوده ی کشش را افزایش می دهد (به اندازه ی 140 درصد) و این امکان را به کاربر می دهد تا مدارات را به حد چرخش برساند. این فن آوری تحول ساز، نوید بخش حسگرها، فرستنده-گیرنده های قابل انعطاف جدید، دستگاه های فوتوولتائیک و میکروسیال جدید، و دیگر کاربردهای پزشکی و ورزشی می باشد.

این همکاری - که هوآنگ روی نظریه و روجرز روی آزمایشات تمرکز می کند - در چند سال گذشته مفید بوده است. این زوج در سال 2005، یک شکل تک بعدی، قابل کشش از سیلیکون تک کریستالی را توسعه دادند که می تواند در یک جهت بدون تغییر ویژگی های الکتریکی اش کشیده شود؛ این نتایج توسط مجله ی ساینس در 2006 منتشر شد. اوایل امسال، آن ها مدارات مجتمع قابل کششی را ساختند که این کار نیز در ساینس منتشر شد.

سپس این محققان، نوع جدیدی از فن آوری را توسعه دادند که این امکان را به مدارات داد تا روی یک صفحه ی دارای انحنا قرار بگیرند. این فن آوری، آرایه ای از عناصر مداری تقریبا صد میکرومتر مربعی را به کار برد که توسط "پل های پاپ آپ" فلزی متصل می شدند. این عناصر مداری آن قدر کوچک بودند که هنگام قرار گرفتن روی یک سطح انحنادار، خم نمی شدند - مشابه چگونگی خم شدن ساختمان ها روی کره ی زمین انحنادار. این سیستم به این علت کار می کرد که این عناصر به وسیله ی سیم هایی فلزی متصل می شدند که هنگام خمش یا کشش می جهیدند. این تحقیق به عنوان مقاله ای در مجله ی نیچر در اوایل آگوست جای گرفت.

در تحقیق گزارش شده در PNAS، هوآنگ و روجرز پل های پاپ آپ خود را گرفته و آن ها را به شکل "S" ساختند که علاوه بر خمش و کشش امکان پیچش را نیز دارد.

هوآنگ گفت: "برای بسیاری از کاربردهای مرتبط با بدن انسان - مانند قرار دادن یک حسگر روی بدن - یک دستگاه الکترونیکی نه تنها نیاز به خمش و کشش دارد بلکه به پیچش نیز نیاز دارد. بنابراین ما فن آوری پاپ آپ خود را برای رسیدن به این موضوع توسعه دادیم."

هوآنگ و روجرز در حال حاضر بر روی کاربرد مهم دیگری از این فن آوری تمرکز کرده اند: صفحات خورشیدی. این زوج، در ماه اخیر مقاله ای را در مجله ی نیچر متریالز در مورد توصیف فرایند جدیدی برای ایجاد سلول های خورشیدی سیلیکونی بسیار نازک منتشر کردند که می توانند در آرایه های قابل انعطاف و شفاف ترکیب شوند.

محققين نوع جديدي از يك ژنراتور الكتريكي كوچك-مقياس را توليد كرده اند كه از طريق كشش و رهاسازي دوره اي سيم هاي اكسيد روي - قرار گرفته درون يك زيرلايه ي پلاستيكي قابل انعطاف با دو سر مقيد شده - جريان متناوب توليد مي نمايد.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اين ژنراتور "تلمبه بار قابل انعطاف" جديد، نسل چهارم قطعاتي است كه براي توليد جريان الكتريكي با استفاده از ويژگي هاي فيزوالكتريك ساختارهاي اكسيد روي، جهت مهار انرژي مكانيكي از محيط، طراحي شده اند. گزارش توسعه ي آن در نسخه ي آنلاين 9 نوامبر 2008 مجله ي نيچر نانوتكنولوژي منتشر گشته است.

ژونگ لين وانگ، استاد رجنت و مدير مركز مشخصه نمايي نانوساختار موسسه ي فن آوري جئورجيا،گفت: "اين تلمبه ي بار قابل انعطاف، انتخاب ديگري را براي تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي ارائه مي دهد و به خانواده ي ژنراتورهاي بسيار كوچك-مقياس ما افزوده مي شود كه قادر به تغذيه ي دستگاه هاي به كار رفته در حسگرهاي پزشكي، نظارت محيطي، فن آوري دفاع و الكترونيك شخصي مي باشد."

اين ژنراتور جديد مي تواند حداكثر ولتاژ خروجي نوساني برابر با 45 ميلي ولت را توليد نمايد، كه تقريبا هفت درصد از انرژي مكانيكي است كه مستقيما به سيم هاي اكسيد روي اعمال و به الكتريسيته تبديل شده است. اين تحقيق توسط دپارتمان انرژي امريكا، بنياد ملي علوم، دفتر تحقيقات علمي نيروي هوايي و مركز ايموري-جئورجيا تك پشتيباني شده است.

نانوژنراتورهاي نانوسيم و نانوژنراتورهاي ميكروفيبر پيشيني كه توسط وانگ و گروه تحقيقاتي اش توسعه داده شده اند، بستگي به تماس متناوب بين نانوسيم هاي اكسيد روي به صورت عمودي رشد داده شده و يك الكترود، يا سايش مكانيكي فيبرهاي پوشيده با نانوسيم ها داشتند. ساخت اين دستگاه ها دشوار بود، و تماس مكانيكي مورد نياز موجب فرسودگي مي شد كه مدت زمان كاركرد آن ها را محدود مي كرد. و از آن جا كه اكسيد روي در آب قابل حل است، آن ها بايد در برابر رطوبت محافظت مي شدند.

وانگ گفت: "تلمبه ي بار قابل انعطاف جديد ما چندين موضوع كليدي مبوط به ژنراتورهاي قبلي ما را حل مي كند. اين طراحي جديد ستبرتر و قوي تر خواهد بود، كه مشكل نقوذ رطوبت و فرسودگي ساختارها را از بين مي برد. از ديدگاه عملي، اين يك مزيت بزرگ خواهد بود."

براي افزايش جريان توليدي، آرايه هايي از تلمبه هاي بار قابل انعطاف مي توانند ساخته و در يك رديف به هم متصل شوند. لايه هاي گوناگوني از ژنراتورها نيز مي توانند روي هم ساخته شوند و واحدهايي را شكل دهند كه مي توانند بعدا درون لباس، پرچم ها، دكواسيون ساختمان، كفش ها جاسازي شوند - يا حتي در بدن براي تغذيه ي حسگرهاي فشار خون و ديگر حسگرها كاشته شوند.

زماني كه اين واحدها به شكل مكانيكي كشيده شده و آزاد مي شوند، به علت ويژگي هاي فيزوالكتريك، ماده ي اكسيد روي يك پتانسيل فيزوالكتريك را توليد مي كند كه به طور متناوب ساخته شده و سپس آزاد مي شود. يك سد شاتكي، شار متناوب الكترون ها را كنترل مي كند، و پتانسيل فيزوالكتريك نيروي پيش راننده ي تلمبه ي بار مي باشد.

اين ژنراتور جديد كه با سيم هاي خوب فيزوالكتريك اكسيد روي به قطري برابر با سه تا پنج ميكرون و طول 200 تا 300 ميكرون ساخته شده است، ديگر به ساختارهايي در مقياس نانومتري وابسته نمي باشد. ابعاد بزرگ تر جهت ساخت آسان تر آن انتخاب شده است، اما به گفته ي وانگ اين اصول مي تواند در مقياس نانومتري نيز اعمال گردد.

وي گفت: "نيازي به مواد نانومقياس براي كار كردن آن نيست. فيبرهاي بزرگ تر بهتر كار مي كنند و كار با آن ها براي ساخت اين قطعات آسان تر است. اما امكان اعمال اصل يكساني در مقياس نانومتري نيز وجود دارد."

اين سيم ها با استفاده از يك روش ته نشيني تبخير فيزيكي در دماي تقريبي 600 درجه ي سلسيوس كشت مي شوند. سپس با استفاده از يك ميكروسكوپ نوري، اين سيم ها روي يك لايه ي پلييميد قرار مي گيرند و چسب نقره اي به هر دو انتها متصل مي شود كه به عنوان الكترود عمل مي كنند. سپس اين سيم ها و الكترودها در روكشي از پلييميد قرار مي گيرند تا آن ها را از فرسودگي و افت محيطي محافظت نمايد.

محققين براي اندازه گيري انرژي الكتريكي توليدي، سيم هاي اكسيد روي را به خمش مكانيكي متناوبي كه با استفاده از يك بازوي مكانيكي موتوري ايجاد شده بود، متصل كردند. اين خمش شامل يك كشش قابل انبساط بود كه يك ميدان پتانسيل فيزوالكتريك را در راستاي سيم هاي بسته بندي شده به صورت جانبي ايجاد مي كرد، كه به نوبه ي خود موجب رانش جرياني از الكترون ها درون مدار خارجي مي شد و چرخه ي شارژ و دشارژ متناوبي - و شار جرياني مربوطه - را ايجاد مي كرد.

افزايش سرعت كشش موجب افزايش مقدار الكتريسيته ي خروجي، هم در ولتاژ و هم در جريان - مي شد. وانگ معتقد است كه فركانس جريان تنها توسط ويژگي هاي مكانيكي زيرلايه ي پلييميد محدود مي شود.

محققين تعدادي آزمايش انجام دادند تا بررسي كنند كه جريان اندازه گيري شده توسط ژنراتور توليد شده است - و نه يك محصول اندازه گيري خارجي. با استفاده از نصب آزمايشي يكساني، آن ها فيبرهاي كربني و فيبرهاي كولار - Kevlar - پوشيده با اكسيد روي چندبلوري را كشش دادند و شار جرياني را مشاهده نكردند. به گفته ي وانگ، اين گروه تحقيقاتي دو معيار و هشت آزمايش را نيز براي بررسي عدم تاثير وسايل آزمايشي انجام دادند.

وانگ براي آينده ي پيش روي خود، خانواده اي از ژنراتورهاي كوچك-مقياس را در نظر دارد كه امكان توسعه ي سيستم هاي حسگر بي سيم خود-تغذيه ي كلاس جديدي را مهيا سازند. اين دستگاه ها مي توانند اطلاعات را جمع آوي كرده، آن را ذخيره نموده و داده ها را مخابره نمايند - و همه ي اين ها بدون وجود منبع توان خارجي خواهد بود.

وي گفت: "نانوفن آوري خود-تغذيه مي تواند پايه اي براي يك صنعت جديد باشد. در واقع اين تنها راه براي ساخت سيستم هاي مستقل مي باشد."

يك تراشه ي قابل پيكربندي جديد كه مي تواند در ترانزيستورهاي تازه ساخته شده، خطاها را اصلاح نمايد و در دستگاه هاي انبوهي مانند تلفن هاي همراه و رايانه ها به كار رود، توسط مهندسين دانشگاه ساتمپتون توسعه داده شده است.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، در مقاله اي كه اخيرا در Electronics Letter منتشر شده است، دكتر پيتر ويلسون و دكتر روبن ويلكك اين ترانزيستور آنالوگ قابل پيكربندي (CAT) را توصيف كرده و موفق به ثبت موقت اين اختراع شده اند. روش CAT مي تواند به گوهي از ترانزيستورها اعمال شود كه در آزمايشات پس از ساخت مشخص مي گردد تغييرپذيري بالا و غير قابل قبولي دارند.

به گفته ي دكتر ويلسون، در ح-ال حاضر فرايند ساخت براي فن آوري هاي زيرميكرون بسيار گران قيمت مي باشد كه در كنار آن هزينه ي مربوط به قطعات خرابي كه تعداد زيادي را هم دربرمي گيرد، بايد به حساب آورد. طراحان طراحي هاي تراشه ي جديدي را ايجاد كرده و به طور معمول چگونگي عملكرد آن ها را شبيه سازي مي نمايند. پس از اين كه ويفرهاي سيليكوني توليد مي شوند، متحمل آزمايش هاي الكتريكي شديدي مي شوند تا از كاركرد آن ها اطيمنان حاصل شود. مشكل اين جاست كه طراحان در اين مرحله متوجه مي شوند برخي از تراشه ها كار نمي كنند و موجب كاهش محصول توليدي به نسبت كل توليد اوليه مي شود. اين امر تبديل به يك مشكل افزايشي براي طراحان مدار مجتمع در طول سال هاي اخير گشته است چرا كه با هر چه بيشتر كوچك شدن ابعاد فن آوري فرايند ساخت، تغييرپذيري مربوطه ي قطعات نيز بدتر شده است.

دكتر ويلسون گفت: "يكي از بزرگ تر ين چالش هاي پيش روي ما به هنگام كوچك شدن قطعات در اين فن آوري هاي جديد اين است كه تغييرپذيري فزاينده اي در قطعات حاصله وجود دارد و اين امر موجب محصولات ضعيف غير قابل قبولي در مداراتي مي گردد كه به ويژه در دستگاه هاي آنالوگ و سيگنال تركيبي توليد مي شود. هم اكنون با وجود CAT، ما مي توانيم كل گروه تراشه ها را گرفته و مشخصه هاي كارايي آن ها را بهتر كنيك كه منجر به پيشرفت هاي بزرگي در بازده محصول مي گردد. با استفاده از اين روش، بهبود تغييرپذيري تا 80 درصد قابل دسترس خواهد بود."

به گفته ي دكتر ويلسون، روش CAT مي تواند به محصولات موجود نيز اعمال گرديده و كارايي و طول عمر آنان را افزايش دهد.

دكتر ويلسون گفت: "همچنان كه فن آوري در طول زمان تغيير مي كند، روش CAT اين امكان را به ما مي دهد تا قطعات را از نو پيكربندي نماييم و در نتيجه محصولات به كار خود ادامه دهند. براي مثال، مدارات راه دور در ماهواره ها و قطعات حسگر مي توانند «دوباره برنامه ريزي شوند» و به شكل موثري دوباره تنظيم شوند تا از مشخصه هاي در حال تغيير در طول زمان و شرايط محيطي بهره مند گردند."

يك كپي از اين مقاله را مي توانيد از آدرس زير دانلود نمائيد:
http://eprints.ecs.soton.ac.uk/16667/1/v14.pdf

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، يك گروه بين المللي از دانشمندان، كوچك سازي حافظه ي رايانه اي را به نهايت خود رسانده اند: ذخيره سازي اطلاعات درون هسته ي يك اتم. اين تحول، يك گام كليدي در محقق ساختن يك رايانه ي كوانتومي مي باشد - دستگاهي مبتني بر نظريه ي بنيادي مكانيك كوانتومي كه مي تواند مشكلات غير قابل حل توسط فن آوري موجود را برطرف سازد.

در جهان كوانتوم، چيزهايي مانند اتم ها اين امكان را دارند كه به طور همزمان در چندين حالت موجود باشند و به همين علت است كه در واقع مي توانند در يك لحظه در دو جا باشند يا تعدادي از وي‍ژگي هاي به ظاهر دو به دو ناسازگار را به خود بگيرند. محاسبه ي كوانتومي به عنوان هدف مقدس و والاي انجام محاسبه شناخته مي شود چرا كه هر تكه ي مجزا از اطلاعات يا "بيت"، مي تواند در يك لحظه بيش از يك مقدار داشته باشد، درست بر خلاف فن آوري امروزي كه تنها محدود به مقدار 1 يا صفر مي باشد. اين امر منجر به قدرت پردازش بي سابقه اي مي شود كه به طرز شگرفي محدوده ي كارهايي را كه رايانه ها مي توانند انجام دهند، گسترده مي نمايد.

مشكل: چگونه بايد بيت كوانتومي را از محيط نويزدار جدا كرده و اطلاعات كوانتومي حساس را محافظت نمود، و در عين حال به آن امكان داد تا با جهان بيرون تعامل داشته باشد و در نتيجه بتواند به دلخواه تغيير داده و اندازه گيري شود؟

اين گروه، كه متشكل از دانشمندان و مهندسين دانشگاه هاي آكسفورد و پرينستون و لابراتوار ملي لارنس بركلي مي باشد، براي اين مشكل راه حلي را در نسخه ي 23 اكتبر مجله ي نيچر اائه دادند.

طرح اين گروه، ساخت يك سيستم تركيبي با استفاده از هر دو الكترون و هسته ي يك اتم فسفر جاسازي شده در يك كريستال سيليكوني بود. هر كدام از آن ها به عنوان يك آهنرباي كوانتومي بسيار ريز رفتار مي كند كه قادر به ذخيره ي اطلاعات كوانتومي مي باشد اما درون كريستال، الكترون بيش از يك ميليون بار بزرگ تر از هسته مي باشد و ميدان مغناطيسي اي هزاران بار قوي تر دارد. اين امر، الكترون را براي انجام تغييرات و اندازه گيري مناسب مي سازد اما براي ذخيره ي اطلاعات چندان مناسب نيست چرا كه مي تواند به سرعت خراب شود. اين همان جايي است كه هسته پا به عرصه مي گذارد: وقتي كه اطلاعات در الكترون براي ذخيره سازي آماده است، به درون هسته حركت مي كند كه مي تواند زمان طولاني تري را د ان جا باقي بماند.

آزمايشات مربوطه با استفاده از سيليكون غني شده با ايزوتوپ مجزاي 28Si انجام شد كه به زحمت توسط گروه بركلي درون كريستال هاي بزرگي رشد داده شده بود و در عين حال ماده ي مربوطه را بسيار خالص و دور از آلوده كننده ها نگاه داشته بودند.

جان مورتون، محقق آكسفورد و نويسنده ي اصلي مقاله در نيچر، گفت: "الكترون به عنوان يك واسطه بين هسته و جهان بيرون عمل مي نمايد و راهي در اختيار ما قرار مي دهد تا كيك خود را پخته و بخوريم - سرعت هاي پردازش بالا از الكترون و زمان هاي طولاني حافظه از هسته."

اطلاعات ذخيره شده در هسته به طور قطع، عمري تقريبا برابر با 1 و 3/4 ثانيه دارند كه بيش از مقدار هدفي است كه اخيرا براي انجام محاسبات كوانتومي در سيليكون محاسبه شده است تا بتوان با استفاده از روش اصلاح خطا داده را براي يك مدت زمان طولاني دلخواه محافظت كرد. بدون اين روش، طولاني ترين زماني كه محققين توانسته اند اطلاعات كوانتومي را در سيليكون حفظ كنند تنها چند ده ميلي ثانيه بوده است.

استيو ليون، رهبر گروه پرينستون، گفت: "هيچ كس به واقع نمي داند يك هسته چه مدت ممكن است اطلاعات كوانتومي را در اين سيستم نگاه دارد. با كريستال هاي لارنس بركلي و اندازه گيري هاي بسيار با دقت، ما از مشاهده ي افزايش آستانه ي زمان حافظه ي شا شديم."

روش هاي متفاوت بسياري جهت ساخت رايانه هاي كوانتومي در حال مطالعه مي باشند اما مزيت اصلي اين نمونه در اين است كه مبتني بر فن آوري سيليكون مي باشد كه آن را سازگارتر با رايانه هاي امروزي مي سازد.

اين كار در انگلستان توسط شوراي تحقيقات مهندسي و علوم فيزيكي و در امريكا توسط بنياد علوم ملي، آژانس امنيت ملي و دپارتمان انرژي تامين اعتبار گرديد.

دانشمندان دانشگاه كلمسون، بنا به مقاله ي جديدي كه در نسخه ي اخير مجله ي با دسترسي آزاد Optics Express متعلق به Optical Society امريكا چاپ شده است، براي اولين بار موفق به ساخت يك فيبر نوري عملي با يك هسته ي سيليكوني شده اند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، دانشمندان اين گروه به رهبري پروفسور جان بالاتو و شامل روجر استولن، پيشگام فيبر، اين فيبر جديد را با به كارگير ي روش هاي تجاري يكساني كه در توسعه ي فيبرهاي تماما شيشه اي استفاده مي شود، ايجاد كردند كه فيبرهاي سيليكوني را در كاربردهاي ويژه، جايگزين مناسبي براي فيبرهاي شيشه اي مي سازد.

در نهايت اين پيشرفت در افزايش بازده و كاهش مصرف توان در رايانه ها و ديگر سيستم هايي كه قطعات فوتونيكي و الكترونيكي را يكپارچه مي سازند، كمك خواهد كرد.

فيبرهاي نوري بخش افزاينده اي از تماس هاي تلفني، برنامه هاي تلويزيوني و ترافيك اينترنتي را حمل مي كنند. مزيت اصلي استفاده از فيبرهاي نوري پهناي باند بالاتر آن هاست كه براي مثال به معناي امكان دانلودهاي سريع تر از وب مي باشد. توانايي توليد فيبرهاي سيليكوني به صورت تجاري، فرصتي براي قطعات فشرده با مصرف توان كاهش يافته در ارتباطات راه دور و فراتر از آن ايجاد خواهد كرد.

بالاتو گفت: "در اصل، ما اپتوالكترونيك را با فيبرهاي نوري پيوند داده ايم. در گذشته، ما نياز به يك ساختار جهت پردازش نور و ساختار ديگري براي حمل آن نياز داشتيم. با فيبر سيليكوني، براي اولين بار، ما مي توانيم تا حد زيادي عملكرد را در يك فيبر افزايش دهيم."

يك فيبر نوري معمولا با آغاز از يك هسته ي شيشه اي، پوشاندن آن با يك روكش ساخته شده از يك شيشه ي كمي متفاوت، و سپس حرارت دادن اين ساختار تا جايي كه بتواند در قالب سيم هايي دراز كشيده شود، ساخته مي شود. اين ساختار به قدر كافي خوب عمل مي كند منتها براي برخي از طول موج هاي نور، هسته اي ساخته شده از سيليكون كريستالي خالص، مانند نمونه ي توسعه داده شده توسط گروه كلسمون، سيگنال ها را بهتر حمل خواهد كرد. علاوه بر اين، سيليكون كريستالي ويژگي هاي غيرخطي معيني را نشان مي دهد ( كه خروجي در آن متناسب با ورودي نيست) كه آرايش هاي بسيار بزرگ تري به نسبت شيشه ي سيليسي رايج مي باشند. اين امر، براي مثال، امكان تقويت يك سيگنال نوري يا تغيير نور از يك طول موج به ديگري را مهيا مي سازد. توسعه ي يك فيبر سيليكوني راهي را رو به سوي عمل هاي پردازش سيگنال كه در حال حاضر به صورت الكترونيكي يا در مدارات نوري جداگانه اي انجام مي شوند، باز مي كند تا به طور مستقيم درون فيبر انجام شوند كه اين امر موجب ايجاد سيستم هاي قشرده تر و پر بازده تر مي گردد.

برخي از فيبرها موجود مي باشند كه با هسته ي سيليكوني ساخته شده اند، اما فيبر ساخته شده توسط كلسمون اولين نوع مي باشد كه از روش هاي استاندارد توليد انبوه بهره مي بر د و آن ها را به واقعيت تجاري نزديك تر ساخته است.

تعداد بسيار زيادي از سيستم هاي فني با هوا يا آب كار مي كنند. سيستم هاي فشرده سازي هوا و لوله هاي آب دو نمونه از اين موارد مي باشند. محققين گروه توسعه ي فن آوري TEG فرانهوفر، اخيرا موفق به مهار و تبديل اين انرژي سيال به الكتريسيته شده اند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اين فن آوري جديد مي تواند به حسگرها كمك نمايد تا در آينده بتوانند خود را تغذيه نمايند. ترانسدوسر - دستگاه گيرنده ي نيرو از يك دستگاه و دهنده ي نيرو به دستگاه ديگر - انرژي سيال جديد، از 11 تا 14 نوامبر 2008 در نمايشگاه تجاري الكترونيكا مونيخ آلمان به معرض نمايش قرار خواهد گرفت.

سيستم هاي فشرده سازي هوا در بسياري از عمليات توليدي مورد استفاده قرار مي گيرند. اگر نشتي در هر جايي از سيستم رخ دهد، فشار هوا افت كرده و توليد متوقف خواهد شد تا منبع ايجاد مشكل پيدا شود. حسگرها به طور مدام بر فشار سيستم نظارت مي كنند تا تلفات گزاف مرتبط با خطا را در حداقل ممكن حفظ نمايند. در حال حاضر، اين حسگرها يا با باتري كار مي كنند و يا توسط سيم كشي هاي فني پيچيده اي به هم متصل هستند. اين شيوه موجب مي گردد كه نصب حسگرها در جاهايي كه دسترسي به آن ها سخت است، مشكل و يا حتي غيرممكن گردد. محققين فرانهوفر از اشتوتگارت، فن آوري جديدي را توسعه داده اند كه امكان توليد حسگرهاي خود-انرژي و بنابراين نياز به نگه داري كم را فراهم مي آورد.

جوز راميرز، محقق اين پروژه در TEG، گفت: "سيستم ما بسيار براي حسگرهاي دستگاه هاي پنئوماتيك - كاركننده با هواي فشرده- مناسب مي باشد، چرا كه مي توانيم انرژي جنبشي هوا يا آب را به الكتريسيته تبديل نمائيم. ترانسدوسر انرژي سيال، الكتريسيته را در محدوده ي ميكرووات يا ميلي وات توليد مي نمايد. اين مقدار براي تغذيه ي چرخه اي حسگرهاي در حال كار مناسب بوده و همچنين براي خواندن و مخابره ي داده هاي مربوطه انرژي كافي را دارد."

تبديل سيال-الكتريسيته در يك جاي ثابت اتفاق مي افتد، كه محيط واسطه ي مربوطه طي چرخه اي شبيه به چرخش خون در قلب تغذيه مي شود. اثر كواندا -Coandã- موجب نوسان جريان ثابت سيال مي شود. اين امر موجب توليد يك نوسان فشار متناوب در شاخه هاي بازخورد - فيدبك - مي شود كه با فيزوسراميك ها زوج گشته اند.

اكسل بيندل، مدير گروه، در اين باره گفت: "فيزوسراميك ها انرژي سيال را به الكتريسيته تبديل مي كنند." اين تبديل سيال آسان و مقرون به صرفه مي باشد. "ما اين مزيت را داريم كه هم آب و هم هوا مي توانند براي توليد انرژي مود استفاده قرار بگيرند. ديگر اين كه، هيچ قسمت متحركي در سيستم مان نداريم. اين ساختار مي تواند طي فرايندهاي آساني توليد شود، كه موجب صرفه جويي در هزينه ها مي گردد."

اين روش جديد مي تواند به هر سيستمي كه در آن يك سيال يا گاز از درون يك هندسه ي ثابت عبور داده مي شود، اعمال شود - براي مثال در شبكه هاي تغذيه اي يا در مهندسي پزشكي. بيندل گفت: "هدف ما اين است كه بتوانيم براي دستگاه هاي فعال با باتري كنوني، مانند دستگاه هاي اندازه گيري آب، يك منبع تغذيه ي خودكار انرژي در آينده اي نزديك ايجاد كنيم كه منج به سيستم هاي كاملا مستقل خواهد شد."

مرکز فوتوولتائیک ARC دانشگاه نیو سوت والز (New South Wales) اولین سلول خورشیدی سیلیکونی را ایجاد کرده است که توانسته است به بازده فوق العاده ی 25 درصد دست یابد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، مرکز فوتوولتائیک ARC پیش از این رکورد جهانی 24.7 درصد را برای بازده سلول خورشیدی سیلیکونی ثبت کرده بود. هم اکنون، طی بازبینی صورت گرفته، رکورد فوق العاده ی 25 درصد برای این گروه ثبت شده است. این گروه توسط پروفسور مارتین گرین و استوارت ونهام رهبری می شود.

به گفته ی پروفسور مارتین گرین، مدیر تحقیقات اجرایی مرکز، این رکورد جدید جهانی در زمینه ی تبدیل نور خورشید به الکتریسیته یکی از شش رکورد جدید جهانی است که توسط دانشگاه UNSW در مورد فن آوری های خورشیدی سیلیکونی اش مورد ادعا قرار گرفته است.

پروفسور گرین گفت این جهش بزرگ در زمینه ی کارایی، ناشی از دانش جدید بدست آمده در زمینه ی ترکیب نور خورشید می باشد. "از آن جا که وزن رنگ ها در نور خورشید در طول روز تغییر می کند، سلول های خورشیدی تحت یک طیف رنگی استاندارد اندازه گیری می شوند که تحت شرایط عملیاتی هواشناسی خاصی تعیین گشته است."

"پیشرفت های بدست آمده در درک تاثیرات جوی بر محتوای رنگی نور خورشید، منجر به تجدیدنظر در طیف استاندارد در ماه آوریل گشت. این طیف جدید محتوای انرژی بالاتری هم در سر آبی طیف و هم در نقطه ی مقابل، در سر قرمز با سبز نسبتا کمتری دارد."

این تنظیم دوباره ی استاندارد بین المللی که توسط کمیته ی بین المللی الکتروشیمی در ماه آوریل انجام شد، موجب بیشترین افزایش در فن آوری UNSW گشت و در عین حال بازده اندازه گیری شده برای دیگران را کاهش داد. به گفته ی پروفسور گرین، سلول سیلیکونی جهانی UNSW در حال حاضر 6 درصد پربازده تر از فن آوری برتر بعدی می باشد. همچنین این رکورد جدید، گروه UNSW را به حداکثر بازده ممکن که به لحاظ نظری برای نسل اول سلول های فوتوولتائیک سیلیکونی 29 درصد بدست آمده است، نزدیک تر می سازد.

دکتر آنیتا هو-بایلی، که کارهای تحقیقاتی سلول های پربازده مرکز را مدیریت می کند، خاطر نشان کرد که فن آوری UNSW از قبال طیف جدید بسیار سود برد "زیرا سلول های ما مرزهای پاسخ را در سرهای انتهایی طیف قرار می دهند."

"نور آبی به شدت نزدیک سطح سلول جذب می شود، درست در نقطه ی مقابل، نور قرمز به شکل ضعیفی جذب می شود و ما باید از ویژگی های طراحی خاصی برای به تله انداختن آن استفاده کنیم."

به گفته ی پروفسور استوارت ونهام، مدیر مرکز ARC، در حال حاضر تمرکز مرکز بر روی بهبود تولید انبوه می باشد. " در حال حاضر، تلاش های عمده ی ما بر روی رساندن این بازده های بهبود داده شده به مرحله ی تجاری می باشد."

يك گروه تحقيقاتي در موسسه ي ديتا استوريج A*STAR سنگاپور، ماده ي تغيير دهنده ي فاز جديدي اختراع كرده است كه پتانسيل لازم براي تغيير طراحي دستگاه هاي ذخيره سازي حافظه هاي آينده را دارا مي باشد.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، مواد تغييردهنده ي فاز نوع خاصي از مواد مي باشند كه با سرعت بالايي قادر به تغيير ساختار خود بين حالت بي شكل (غيرمتبلور) و حالت بلوري و منظم مي باشند. در حال حاضر اين مواد جهت ساخت حافظه ي تغييردهنده ي فاز (PCM) استفاده مي شوند كه اميدبخش ترين جايگزين براي حافظه هاي فلش مي باشند.

به طو معمول، PCM با استفاده از تغيير دادن ساختار مواد تغييردهنده ي فاز از طريق اعمال يك جريان الكتريكي كار مي كند. هم اكنون، تغيير فاز بوسيله ي تغيير مواد تغييردهنده ي فاز جديد از طريق ميدان هاي مغناصيسي ممكن خواهد بود.

گروه تحقيقاتي DSI، به رهبري شي لوپينگ با مدرك Ph.D، اين اولين ماده ي مغناصيسي تغيييردهنده ي فاز را با نشان دادن اتم هاي آهن درون آلياژهاي ژرمانيوم-آنتيموان-تلوريوم (يا GeSbTe) كه حاوي عناصر غيرمغناصيسي بود، ايجاد كردند.

چونگ تو چونگ، دكترا و مدير اجرايي DSI، گفت: "افزودن ويژگي هاي مغناطيسي به مواد تغييردهنده ي فاز، درهايي را رو به كاربردهاي جديد احتمالي باز مي كند مانند امكان مجتمع سازي حافظه ي تغييردهنده ي فاز درون فن آوري اسپينترونيك (همچنين معروف به مگنتوالكترونيك)، و آن را به عنوان نسل آينده ي فن آوري ذخيره سازي قرار مي دهد."

دكتر شي گفت: "تحقيقات براي توسعه ي موادي كه بتوانند با كاربرد ميدان هاي مغناصيسي تغيير كنند، ادامه دارد. به عنوان گام بعدي، ما اسپينترونيك تغييردهنده ي فاز و كاربردهاي آن را مورد بررسي قرار خواهيم داد. به علت درجه ي آزادي جديد اسپيني كه معرفي كرديم، كاربردهاي محتمل شامل دستگاه هاي جديد با كاركردهاي چندگانه مانند حافظه ها، حسگرها و دستگاه هاي منطقي مي شود."

در مجله ي Nature's Asia Materials به پيشرفت اين تحقيق، توجه ويژه اي گشته است.

محققین آزمایشگاه تحقیقاتی مرکزی هیتاچی، ژاپن، و موسسه ی ادونست تکنالجی دانشگاه سوری اعلام کردند که ترانزیستورهای نانو طراحی شده برای نمایشگرهای با ابعاد بزرگ و کاربردهای حسگر به طور گسترده ای از اثرات اندازه ی کوانتومی بهره می برند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از دانشگاه سوری، عملکرد غیر قابل انتظار و فوق العاده (جریان نشتی کم، و شیب تند زیر آستانه) ای که در آزمایش نشان داده شد و به طور نظری مورد تحلیل قرار گرفت، تا بدینجا نشان دهنده ی راه های کاوش نشده ای برای بهبود ترانزیستورها بر اساس لایه های سیلیکونی نامنظم می باشد. این تیم با ساخت بسیار نازک کانال هدایت در این ترانزیستورهای نامنظم، نشان داد که این فناوری امکان طراحی حافظه ی توان پایین را برای الکترونیک با ابعاد بزرگ، مبتنی بر پردازش مواد استاندارد صنعتی کم هزینه مهیا می سازد.

در تازه ترین تحقیقات انجام شده مشخص شد که تراوایی جریان وسیله ی مربوطه، زمانی که کانال نازک تر از 3 نانومتر باشد قابل کنترل است و علت این امر محدودیت قوی کوانتومی می باشد که تغییرات پتانسیلی را روی منطقه ی کانال فعال القاء می نماید. نشان داده شد که عرض کانال این وسیله باید حداقل 0.3 میکرومتر باشد تا از شرایط مربوط به "پینچ آف" (بسته شدن کانال) نفوذی مرتبط با وسیله های با طول کانال 0.5 میکرومتری اجتناب شود. تحلیل های نظری انجام شده روی این سایل به خوبی با داده های آزمایشی بدست آمده همخوان بوده و راهنمای مهمی برای مدل سازی و بهینه کردن این وسایل برای طراحی مدار در اختیار می گذارد.

دکتر زیااجون گوا، یکی از محققین اصلی، بیان می دارد: "ترانزیستورهای نانوساختار سیلیکونی با لایه ی نازک برای طراحی الکترونیک توان پایین بسیار نویدبخش می باشند. البته، انتقال حامل در چنین وسایلی بسیار پیچیده می باشد و نتایج مشخصه های الکتریکی احتمالا توسط مدل های ترانزیستورهای اثر میدان (FET) رایج قابل توصیف نخواهد بود. این کار ویژگی های کلیدی فیزیکی این وسیله را آشکار می سازد که در بهینه سازی و مدل کردن بیشتر این وسیله برای طراحی مدار کمک می نماید" .

پروفسور راوی سیلوا، مدیر موسسه ی ادونست تکنالجی، می افزاید: "این تحقیق مثال ویژه ای از این است که چگونه فناوری های مرتبط با سیلیکون که در صنعت نفوذ کرده اند، می توانند با طراحی هوشمندانه راه های جایگزینی جهت بهبود کارایی در مشخصه های وسیله بیابند. نقشی که سازمان های سرمایه گذار مانند EPSRC در حمایت از این نوع از تحقیقات کاربردی بازی می کنند، بسیار ارزشمند برای جامعه و مهم تر از آن برای صنعت می باشد".

ژورنال منبع: گوا. تراوایی جریان در ترانزیستورهای دارای کانال فوق العاده نازک نانوکریستال سیلیکونی. Applied Physics Letters, 2008; 93 (4): 042105 DOI: 10.1063/1.2965807

دانشمندان ژاپنی در نگرشی جدید به علم الکترونیک، اعلام کردند ماده ای لاستیک مانند را توسعه داده اند که الکتریسیته را هدایت می کند. این یافته می تواند در ساخت قطعاتی که خمیده و کشیده می شوند، استفاده شود.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از رویترز، این ماده که توسط سایوشی سکیتانی از دانشگاه توکیو در مجله ی ساینس شرح داده شد، می تواند در سطوح خمیده یا حتی در قسمت های متحرک استفاده شود.

تیم سکیتانی با استفاده از نانولوله های کربنی (گستره ی طویلی از مولکول های کربن که می تواند الکتریسیته را هدایت کند)، این ماده را توسعه دادند.

آنها این نانولوله ها را درون پلیمری لاستیک مانند ترکیب کردند تا ماده ی اولیه شکل بگیرد. در مرحله ی بعد، شبکه ی بسیار کوچکی از ترانزیستورها را به ماده چسباندند و سپس آن را مورد آزمایش قرار دادند.

آنها ورقه ای از این ماده را تا حدود دو برابر اندازه ی واقعی خود تحت کشش قرار دادند و ماده بدون از هم گسستن ترانزیستورها یا از بین بردن ویژگی های رسانایی خود به سرعت به حالت اولیه ی خود بازگشت.

این رسانای کشسان به مدارات الکترونیکی این امکان را می دهد در جاهایی نصب شوند که تاکنون غیر ممکن بود، جاهایی از قبیل سطوح خمیده و قسمت های متحرک مثل مفاصل بازوی یک روبات.

یک گروه آمریکایی نیز خبر از توسعه ی ماده ی مشبک کشسان دادند که به آنها این امکان را داده است از مواد الکترونیکی استاندارد برای ساختن یک دوربین چشمی الکترونیکی بر اساس شکل و آرایش چشم انسان استفاده کنند. این وسیله می تواند زمینه ای برای توسعه ی چشم مصنوعی کاشتنی باشد.

جان راجرز از دانشگاه ایلی نویز که مطلبی درباره ی دوربین چشمی در مجله ی نیچر نوشت، گفت توسعه ی موادی که می توانند به شکل و مدل سطوح خمیده در آیند منجر به بروز کلاس کاملا جدیدی از دستگاه های الکترونیکی خواهد شد که می توانند در تعامل بهتر با بدن انسان مورد استفاده قرار گیرند همچون دستگاه های مانیتورینگ مغز.

دانشکده ی الکترونیک و علوم کامپیوتر دانشگاه ساتمتون در حال ترکیب نانوماشین و ترانزیستورهای تک الکترونی با هدف ساخت سنسورهای حساس می باشد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از الکترونیکس ویکلی، پروفسور هیروشی میتسوتا، مدیر این پروژه گفت: "برای اولین بار است که این دو فن آوری نانو با هدف توسعه ی یک سنسور هوشمند ترکیب می شوند. CMOS های سنتی محدودیت های زیادی دارند بنابراین ما نیاز داشتیم که گامی رو به جلو در این زمینه برداشته شود."

میتسوتا و تیمش بخشی از افرادی هستند که در پروژه ی سه ساله ی NEMSIC (NanoElectroMechanical System ICs)، که از طرف FP7 اروپا پشتیبانی می شود، شرکت داشته اند. دانشگاه ساتمتون اظهار داشت: "علاوه بر این که این سنسور در حال حاضر کوچک ترین سنسور موجود در بازار است، دارای حساسیت بسیار بالا و توان مصرفی بسیار پایین می باشد." جزئیات دقیق ساختار این دستگاه ها تا زمانی که مالکیت معنوی این ابداع محفوظ است، پوشیده خواهد ماند.

تیم میتسوتا پیش از این جرئیات ترانزیستور تک الکترونی را منتشر کرده اند. کانال یک ترانزیستور تک الکترونی، یک پل سیلیکونی چاپ شده در لایه ی زیرین با گیت های مجزا شده با هوا در هر دو طرف می باشد. برآمدگی های چاپی یا نانوکریستال های سیلیکونی تعبیه شده ی روی پل، به عنوان نقطه های کوانتومی عمل می کنند تا الکترون ها را محدود و منحصر کنند.

میتسوتا درباره ی این سنسور بیان داشت: "ما دو نوع نانوسنسور را روی لایه هایی که در آن ها سیلیکون روی عایق قرار دارد، توسعه خواهیم داد. یک ساختار کلیدی و رایج که برای هر دو دستگاه استفاده شده است، یک پل سیلیکونی معلق بسیار نازک می باشد." یکی از سنسورها با شناسایی بارهای الکتریکی از مولکول های مربوطه شان کار خواهد کرد.

میتسوتا در ادامه گفت: "در نانوسنسور اولی نانوپل معلق، با یا بدون حفره ی نقطه ی کوانتومی سیلیکون مجتمع، به عنوان کانال یک ترانزیستور با گیت های جانبی استفاده می شود. انتقال بار کوچکی که توسط مولکول های جذب شده روی سطح کانال نانوپل ایجاد شده، به عنوان تغییری در رسانایی نمایان می شود."

سنسور دومی از لحاظ مکانیکی به سنسور میکروماشین کلاسیک با پایه ی در حال نوسان نزدیک تر است.

میتسوتا خاطر نشان کرد: "در نانوسنسور دوم، نانوپل معلق به عنوان گیت متحرک یک ترانزیستور در مقیاس نانو استفاده می شود. اثر تغییر کوچک جرم به دلیل مولکول های جذب شده روی سطح گیت نانوپل، به عنوان تغییری در فرکانس تشدید گیت ظاهر می شود."

حال این سؤال پیش می آید که چرا از ترانزیستور تک الکترونی استفاده شده و از یک موسفت معمولی استفاده نشده است؟

میتسوتا در این باره توضیح داد: "ترانزیستور نانوپل ما همراه با یک نقطه ی کوانتومی معلق، مانند یک آشکارساز بسیار حساس بار الکتریکی عمل می کند و به طور کلی انتقال بار الکتریکی حتی یک الکترون تنها را که در سطح نقطه ی کوانتومی رخ می دهد، حس می کند. این امر توسط یک ساختار موسفت معمولی محقق نمی شود."

وی در ادامه گفت: "ترکیب ترانزیستور تک الکترونی با فن آوری دستگاه نانوماشین، توان مصرفی را در هر دو حالت «روشن» و «خاموش» سنسور کاهش می دهد. توان مصرفی در حالت Stand By تا صفر کاهش یافته است. در حالت «خاموش»، با استفاده از یک کلید مکانیکی، حالت Sleep کامل رخ داده و بنابراین توان مصرفی در حالت Stand By به صفر می رسد."

پروژه ی اروپایی NEMSIC توسط پروفسور آدریان انسکو از Ecole Polytechnique Federale de Lausanne، رهبری می شود.

سایر شرکای این پروژه عبارتند از: دانشگاه فن آوری دلفت هلند، Stitching IMEC هلند، آزمایشگاه فن آوری و اطلاعات Commissariat a I'Energie Atomique، SCIPROM Sarl، مرکز میکروالکترونیک اینتریونیورسیتی، Honeywell Romania SRL (آزمایشگاه سنسور در بخارست)، و دانشگاه ژنو

الویرا فورتوناتو و همکارانش از یونیورسیداد نوا دِ لیسبوا در پرتغال، اولین ترانزیستور اثر میدان (FET) با لایه ی درونی کاغذی را ساختند.

قطعه ی جدیدی که به لحاظ عملکرد الکتریکی با ترانزیستورهای جدید لایه نازک (TFT) بر مبنای اکسیداسیون ساخته شده با زیرلایه های سیلیکون کریستالی یا شیشه رقابت می کند. این نتایج در شماره ی ماه سپتامبر IEEE Electron Device Letters چاپ خواهد شد.

به گزارش خبرگزاری برق،الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از فیزورگ، امروزه تمایل به استفاده از بیوپلیمرها برای ابزار الکترونیکی کم قیمت رو به افزایش است. از زمانی که سلولز اصلی ترین بیوپلیمر روی زمین است، برخی از گروه های بین المللی خبر از استفاده ی کاغذ به عنوان تکیه گاه فیزیکی برای قطعات الکترونیکی داده اند. اما تاکنون کسی از کاغذ به عنوان جزء داخلی یک FET استفاده نکرده است.

در رویکردی جدید، یک گروه تحقیقی با هماهنگی الویرا فورتوناتو و رودریگو مارتینز، از تکه ای کاغذ معمولی به عنوان لایه ی دی الکتریک در FET استفاده کردند.

این گروه تحقیقی قطعات را روی هر دو طرف تکه کاغذ ساختند. با این روش، کاغذ هم زمان هم به عنوان عایق الکتریکی و هم به عنوان زیر لایه عمل می کند. به گفته ی الویرا فورتوناتو: "این یک کاربرد دو منظوره است."

بعلاوه، مشخصه ی الکتریکی قطعات نشان داد که عملکرد FETهای هیبریدی از عملکرد TFTهای سیلیکونی غیر بلوری بهتر است.

این نتایج نوید بخش قطعات الکترونیکی جدید یکبار مصرف هستند از جمله نمایشگرهای کاغذی، برچسب های هوشمند، بسته بندی های هوشمند، برچسب های RFID، کاربردهای زیستی و ...

مدل های جدیدی از این که چگونه دو نوع ترانزیستور قدرت کار می کنند، منجر به ساخت مدارهای الکتریکی هوشمند کارامدتری خواهد شد و فن آوری هایی مانند خودروها و وسایل خانگی را مطمئن تر و سازگارتر با محیط زیست خواهد کرد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از آی سی تی ریزالتس، ترانزیستورهای قدرت برای کنترل بارهای (الکتریکی) بزرگ به کار می رود و به عنوان عناصر کلیدی مدارهای هوشمند جدید، که در تمام تجهیزات از واحدهای فرمان موتور گرفته تا تقویت کننده های استریو به کار می روند، به شمار می روند. ترانزیستورهای کارامدتر می توانند با صرفه جویی بیشتر در به کارگیری منابع انرژی، در حرکت به سمت منابع انرژی سازگارتر با محیط زیست کمک کنند.

ترانزیستور قدرت مانند نوعی دریچه ی نیمه هادی ریز است که بدون آن که به چشم بیاید، کنترل می کند که جریان الکتریکی به درستی به دستگاه ها جاری شود. دو نوع ترانزیستور قدرت مهم در بازار به DMOS و LIGBT معروفند.

به دلیل کمبود مدل های دقیق درباره ی این که DMOS و LIGBT چگونه تحت شرایط مختلف مانند دما، ولتاژ بالا و کلیدزنی سریع رفتار می کنند، تولیدکنندگان نیمه هادی تمایل نشان داده اند تا در طرح هایشان مجدداً اصلاحاتی را انجام دهند. اندازه گیری مجدد تراشه های مدار قدرت برای به دست آوردن حداکثر اطمینان لازم، منجر به تلفات گزاف موادی که برای ساخت آن ها به کار رفته، و همچنین انرژی که آن ها مصرف می کنند، شده است.

مدل های جدید DMOS و LIGBT، سازگارتر با محیط زیست و کاهش دهنده ی هزینه ها هستند

هم اکنون، پژوهشگران اروپایی که روی پروژه ی Robuspic، که از طرف اتحادیه ی اروپا روی آن سرمایه گذاری شده است، می گویند که مدل های لازم برای DMOS و LIGBT را توسعه داده اند و در نتیجه هزینه های مذکور را کاهش داده و برای محیط زیست نیز بهتر می باشد.

این تیم پژوهشی معتقد است تولیدکنندگان نیمه هادی و سیستم، می توانند از این مدل های جدید برای طراحی ترانزیستورهای قدرت کارامدتر، و لذا مدارهای هوشمند کارامدتر، برای بازارهای صنعتی، خودرو و وسایل خانگی استفاده کنند. ادگارد لیز، هماهنگ کننده ی تیم پروژه ی Robuspic می گوید این مدل های جدید ترانزیستورهای قدرت، می تواند به تولیدکنندگان کمک کند تا هزینه هایشان را کاهش دهند و همچنین می تواند نهایتاً منجر به توسعه ی کاربردهای جدید شود.

لیز در ادامه بیان داشت: "طراحی و ساخت مدارهای هوشمند قدرت با کارایی قابلیت اطمینان بسیار بالا، یکی از مهم ترین راه های استراتژیک برای کاهش شدید تلفات انرژی در سیستم های قدرت می باشد. این کار با کنترل تبدیل های بهینه ی انرژی در همه ی اوقات میسر می شود. این مطابق و همگام با سیاست های اصلی اروپا برای استفاده از انرژی های تمیز، کاهش آلودگی و عموماً ساخت محیط زیستی مساعد است."

پروژه ی Robuspic، مدل های جدید DMOS و LIGBT را به عنوان هدف اصلی برای توسعه ی مدارهای مجتمع هوشمند قدرت، که هر چه بیشتر و بیشتر در بازارهای مصرفی، صنعتی و خودرو برای کاهش تلفات انرژی به کار برده می شوند، پیش روی خود دارد.

برای مثال، خودروهای جدید با ابعاد متوسط، شامل حدود 30 سیستم الکتریکی و الکترونیکی و بیشتر از 100 ریزپردازنده و حدود 100 حسگر می باشد. این گونه سیستم های پیچیده نیاز به تعداد زیادی نیمه هادی برای اتصال حسگرها و بکار اندازنده ها با ریزپردازنده ها دارند که این کار غالباً با استفاده از مدارهای هوشمند قدرت صورت می پذیرد.

کلمه ی «هوشمند» در مدار اشاره می کند به قابلیت مدار برای تنظیم خودکار تغییر مناسب توان مصرفی مدار از منبع تغذیه به بار، هنگامی که شرایط تغییر می کند. در اغلب موارد، عناصری که قابلیت هوشمند بودن را به مدار می دهند، هنگام بروز اتصال کوتاه در مدار، آماده ی قطع تغذیه ی مدار می باشند.

لیز گفت: "فن آوری ها و مدارهای هوشمند قدرت کمک می کنند تا مفهوم «سیستم-روی-تراشه» درک شود. این امر، با ترکیب منطق دیجیتالی با پردازش آنالوگ سیگنال و سوئیچینگ فشار قوی تحقق می یابد."

هدف اصلی تیم پژوهشی Robuspic، مدل کردن دقیق ترانزیستورهای DMOS و LIGBT و ایجاد توانایی برای طراحی کارامدتر مدارهای مجتمع هوشمند قدرت بود. برای طراحی مدارها، راه اندازی و کنترل موتورهای الکتریکی یا ساخت منابع تغذیه، تولیدکنندگان به یک مدل نیاز دارند تا رفتار DMOS و LIGBT را حین تغییرات ولتاژ، جریان، دما و سایر عوامل به طور دقیق توصیف کند.

بازدهی بهتر طرح

در حالی که مدل های قبلی DMOS و LIGBT در دمای اتاق به درستی کار می کردند، ولی با این حال به تولیدکنندگان در پیش گویی در رابطه با این که این ترانزیستورها در دماهای بالاتر، برای مثال نزدیک موتور یک خودرو یا قطع و وصل خیلی سریع بار، چگونه کار خواهند کرد، هیچ کمکی نمی کردند.

اکنون، مدل های جدید DMOS و LIGBT به تولیدکنندگان اجازه خواهد داد تا پیش گویی بهتری درباره ی درصد خطای ترانزیستور هنگام تغییرات دما کنند. بنابراین، تولیدکنندگان مجبور نیستند برای تضمین بازدهی کاری، اصلاحات مجددی را در طرح هایشان انجام دهند.

لیز توضیح داد: "این مدل سازی به طراح اجازه خواهد داد تا راه اندازها و کنترل کننده های موتور و همچنین منابع تغذیه را بسیار کارامدتر کند و بنابراین از اتلاف انرژی الکتریکی جلوگیری شود. هدف دیگر تیم، بالا بردن قابلیت اطمینان مدارها همزمان با طول عمر بالای آن ها می باشد."

این مدل ها همچنین به تولیدکنندگان اجازه خواهد داد تا قابلیت اطمینان ترانزیستورهای قدرت را تخمین زنند که این کار به آن ها کمک خواهد کرد طول عمر کار و قابلیت اطمینان مدارهای هوشمند قدرت را توسعه دهند.در نتیجه، به عقیده ی لیز، تولیدکنندگان اروپایی مدارهای مجتمع یک فضای رقابت آمیزتر و مساعدتر خواهند داشت.

به گفته ی لیز، سودهای فنی ناشی از پروژه ی Robuspic منجر به صرفه جویی پیش بینی شده در هزینه ها برای تولیدکنندگان شرکت کننده در این پروژه خواهد شد. این مبلغ در حدود پنج برابر مقدار مبلغی است که اتحادیه ی اروپا برای این پروژه سرمایه گذاری کرده است (2.6 میلیون یورو).

از آن جایی که مدارهای طراحی شده در هزینه، زمان طراحی و قابلیت اطمینان رقابت بیشتری دارند، بزرگ ترین سود و بهره از راه تجارت اضافی تولید خواهد شد. هزینه های صرفه جویی شده به علاوه ی تجارت اضافی، می تواند طی یک دوره ی چهار ساله مبلغی معادل با 18 برابر سرمایه ی اتحادیه ی اروپا در پی داشته باشد. شرکای این پروژه در 2.23 میلیون یورویی که به عنوان یک سرمایه ی اضافی به این پروژه تعلق گرفته، مشارکت کردند.

نتایج در حال تکمیل هستند

شرکت نیمه هادی AMI، شرکت آلمانی الاصل Bosch، شرکت نیمه هادی بریتانیائی الاصل کمبریج و شرکت فرانسوی الاصل Cadence Design System، همراه با تعدادی از دانشگاه ها، در این پروژه فعالیت داشته اند. Ecole Polytechnique Federale de Lausanne و دانشگاه کمبریج، در همکاری نزدیک با شرکای صنعتی خود، به ترتیب پایه های طراحی مدل های DMOS و LIGBT را ایجاد کردند.

شرکت نیمه هادی AMI، تأمین کننده ی دستگاه های هوشمند قدرت برای شرکت های سیستم اتومبیل در سرتاسر جهان است. شرکت Bosch بزرگ ترین شرکت سیستم اتومبیل در جهان است. شرکت نیمه هادی کمبریج شرکت کوچکی است که تماماً به کار کنترل و سوئیچینگ قدرت پرداخته است. Cadence یک تأمین کننده ی بزرگ EDA (اتوماسیون طراحی الکترونیکی) می باشد.

از آن جایی که پروژه ی Robuspic سال پیش تمام شد، شرکت های Bosch و AMI کار تکمیل مدل ترانزیستور DMOS را، از طریق آزمایش در مراحل تولید، شروع کرده اند و از این مدل در طراحی مدارهای جدید خودکار استفاده خواهند کرد. شرکت نیمه هادی کمبریج مشغول کار بر روی طراحی مدارهای منبع تغذیه با استفاده از LIGBT بوده است.

لیز اظهار داشت: "ارتقای کاربردهای واقعی این مدل ها نیازمند یک فرآیند کامل صنعتی سازی است. عوض کردن فرآیندهای تولید به سرمایه گذاری کلانی نیاز دارد، بنابراین ما می خواهیم مطمئن شویم که از پس انجام این کار برخواهیم آمد."

پروژه ی Robuspic سرمایه اش را از برنامه ی چارچوب ششم اتحادیه ی اروپا برای تحقیق و پژوهش، دریافت کرده است.

اطلاعات اضافی: سایت پروژه ی Robuspic

محققین موسسه ی مواد پیشرفته ی زرنیک در دانشگاه گرونینکن فن آوری برای دیود فروالکتریک پلاستیکی توسعه داده اند که انتظار می رود منجر به پیشرفت قابل توجهی در توسعه ی ماده ی سازنده ی حافظه ی کم قیمت پلاستیکی شود. یافته ی آنان در نسخه ی ماه جولای مجله ی مواد طبیعت (Nature Materials) منتشر خواهد شد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از دانشگاه گرونینکن هلند، این فن آوری پیشرفته ی جدید شبیه فن آوری بکار رفته در تراشه های حافظه ی فلش می باشد. در هر دو مورد، حافظه، داده را بدون اتصال به منبع برق در خود نگه می دارد. تراشه های حافظه ی فلش در کارت های حافظه، MP3 پلیرها، تلفن های همراه و کارت های حافظه ی دوربین های دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند. محققین موسسه ی زرنیک انتظار دارند این فن آوری جدید منجر به توسعه ی محصولات مشابه و حتی با اهمیت تر گردد.

یکی از محصولاتی که آنان در فکر تولید آن هستند برچسب قیمت الکترونیکی است که می تواند در قسمت صندوق فروشگاه ها توسط رادیوگرافی (پرتو نگاری) خوانده شود. کار احتمالی دیگر برای ماده ای است که در بسته بندی کالا استفاده می شود و می تواند به مشتریان در مورد نزدیک شدن تاریخ انقضای محصول هشدار دهد.

ترانزیستور پلاستیکی

در سال 2005 گروه مشترکی از محققین دانشگاه گرونینکن و شرکت فیلیپس موفق شدند یک پلیمر فروالکتریک را داخل یک ترانزیستور پلاستیکی مجتمع کنند. چون این ماده ی فروالکتریک می تواند بین دو حالت پایدار در حین استفاده از پالس ولتاژ سوئیچ شود لذا می تواند به عنوان حافظه ی غیر فرار عمل کند. (بدین معنی که ماده، داده را بدون اتصال به منبع انرژی در خود نگه می دارد) عیب چنین ترانزیستوری احتیاج به اتصال سه گانه برای برنامه ریزی و خواندن حافظه است که ساختمان ترانزیستور را پیچیده می کند. بنابراین چالش بر سر پیدا کردن عاملی مشابه همراه با اجزای حافظه بود که تنها دو اتصال داشته باشد و آن هم دیود بود.

دیود فروالکتریک

این پیشرفت طی پروژه ی تحقیقی یک دانشجوی دکترا به نام کمال اسدی حاصل شد که توسط دانشگاه گرونینکن حمایت می شد. این پیشرفت اساساً بر مبنای ایده ی نوینی بود: به جای انباشت لایه ای از ماده ی نیمه هادی بر روی لایه ای از ماده ی فرو الکتریک، ترکیبی از این دو ماده مورد استفاده قرار گرفت.

دیود حافظه ی جدید به سرعت برنامه ریزی می شود، داده را برای مدت طولانی نگه می دارد و در دمای اتاق عمل می کند. ولتاژهای مورد نیاز برنامه ریزی برای دیود به حدی کم هستند که در کاربردهای تجاری استفاده شود و این ماده می تواند با استفاده از شیوه های تولید صنعتی در مقیاس کلان، با قیمت کمی تولید شود. دانشگاه گرونینکن حق ثبت اختراع ماده ی جدید را بدست آورد.

یک ترکیب شیمیایی به نام گالیم نیتراید (GaN) می تواند جایگزین سیلیکون در الکترونیک توان بالا و دما بالا شود.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از آی تی نیوز، به گفته ی ویزیائو هوآنگ، مهندس برق و فیزیک دان، ترانزیستورهای ساخته شده با GaN می توانند در موتور درایوها، وسایل نقلیه ی هیبریدی، کاربردهای خانگی، و تجهیزات دفاعی مورد استفاده قرار گیرند.

هوآنگ، که ماه گذشته با مدرک دکترا از موسسه ی پلی تکنیک رنسلائر فارغ التحصیل شد، گفت: "سیلیکون طی دو دهه ی اخیر بار زیادی را در صنعت نیمه هادی به دوش کشیده است. اما همچنان که الکترونیک قدرت پیچیده تر می گردد و نیازمند ترانزیستورهای با کارائی بالاتر می باشد، مهندسین باید به دنبال جایگزینی مانند ترانزیستورهای مبتنی بر گالیم نیتراید باشند که می تواند بهتر از سیلیکون به خصوص در شرایط سخت عمل نماید."

هوآنگ ترانزیستوری را توسعه داده است که از ویژگی های ماده ی GaN بهره برده و مصرف توان آن را کاهش داده و بازده الکترونیک کنونی مبتنی بر سیلیکون را بهبود بخشیده است.

GaN دارای شکاف باند نیمه هادی معادل با سه برابر سیلیکون، و میدان الکتریکی 10 برابر سیلیکون می باشد، که تلفات توان را کاهش داده، بازده را بهبود بخشیده و امکان کارکرد آن را در شرایط سخت حداکثری مهیا می سازد.

بنابراین، این ماده جهت استفاده در ترانزیستورهای اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET) بسیار مناسب می باشند، که به همراه دستگاه های الکترونیکی جهت تبدیل انرژی الکتریکی به اشکال مورد نیاز دیگر به کار می روند.

گفته می شود که این ترانزیستور در آزمایشات لابراتواری به بالاترین رکورد جهانی کارائی دست یافته است، و همین طور قادر به مجتمع سازی چندین عملکرد روی یک چیپ می باشد که منجر به ساده سازی سیستم های الکترونیکی می شود.

هوآنگ گفت: "[GaN] موجب ساده سازی و کاهش حجم و وزن سیستم های الکترونیکی گشته، بازده سیستم را افزایش داده و این امکان را به سیستم های الکترونیکی می دهد که تحت شرایط سخت حداکثری کار کنند. از آن جا که این ماده بسیار ارتجاعی می باشد، می تواند دریچه هایی رو به مهندسی الکترونیک بگشاید که پیش از این به علت محدودیت های تحمیل شده به واسطه ی ترانزیستورهای سیلیکونی کم تحمل تر، ممکن نبود."

وی افزود: "چیپ GaN نیز می تواند با دستگاه های اپتوالکترونیکی، حسگرها، ابزارهای قدرتی و مدارات کنترلی جهت ساخت سیستم های الکترونیکی پیچیده تر و هوشمندتر مجتمع شود."

این محقق اضافه کرد: "اگر این ترانزیستورهای GaN جدید جایگزین بسیاری از موسفت های سیلیکونی موجود در سیستم های الکترونیک قدرت شوند، کاهش جهانی را در مصرف سوخت فسیلی و آلودگی شاهد خواهیم بود."

اگرچه انتظار می رود در کمتر از سه سال آینده صنعت نیمه هادی وارد این قضیه شود، اما در حال حاضر نیز برخی از صنایع الکترونیک و اتومبیل سازی نسبت به این تکنولوژی ابراز علاقه کرده اند.

هوآنگ با این که نام این شرکت ها را فاش نکرد بیان داشت که برخی از بزرگ ترین شرکت های اتومبیل و الکترونیک از امریکا و ژاپن چنین علاقه ای نشان داده اند. وی در این باره گفت: " این شرکت ها می توانند تلاش های تحقیقاتی در این زمینه را قوت بخشیده و ترانزیستورهای GaN را تجاری کنند تا تمامی مزایای این ماده شناخته شود. کیفیت، اندازه، قیمت، و قابلیت اطمینان طولانی مدت این ماده احتیاج به تحقیقات بیشتر جهت تجاری سازی موفق آن دارد. حداقل سه سال نیاز خواهد بود تا هر گونه ترانزیستور GaN تجاری در بازار نیمه هادی مشاهده شود."

پژوهشگران رايانه مي‌گويند مي‌توان از شبكه‌اي از لوله‌هاي ريز آب، براي خنك كردن نسل بعدي تراشه‌هاي رايانه‌اي استفاده كرد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ایرنا، محققان شركت آي بي‌ام نمونه‌اي را به نمايش گذاشته اند كه در آن چندين لايه لوله‌هاي آب به قطر مو براي خنك كردن قطعه بكار گرفته شده است.

اين پژوهشگران معتقدند در شرايطي كه تراشه‌هاي رايانه‌اي روز به روز متراكم تر شده و قطعات بيشتري در آنها گنجانده مي‌شود، از اين روش مي توان براي حل مشكل افزايش روزافزون حرارت توليد شده در اين قطعات استفاده كرد.

اين فناوري در تراشه‌هاي سه بعدي شركت آي بي‌ام به نمايش گذاشته شد كه در آنها مدارهاي الكترونيكي بر روي يكديگر قرار داده مي‌شوند.

چيدمان عمودي مدارهاي الكترونيكي (به جاي چيدن مدارها در كنار يكديگر) از مسافتي كه اطلاعات بايد در داخل قطعه بپيمايد كم مي‌كند و عملكرد محاسباتي تراشه را افزايش مي‌دهد.

تامس برانشوايلر در آزمايشگاه تحقيقاتي آي بي‌ام در زوريخ گفت: وقتي تراشه‌ها را بطور عمودي روي يكديگر قرار مي‌دهيم و به هم متصل مي‌كنيم، مي بينيم كه خنك‌كننده هاي متعارفي كه به تراشه‌ها متصل مي‌شوند، نمي توانند به ميزان لازم حرارت را دفع كنند.

وي افزود:در نتيجه بايد از سامانه خنك‌كننده اي استفاده كنيم كه حرارت بين لايه‌ها را دفع مي‌كند.

حرارت يكي از موانع عمده توليد تراشه‌هاي كوچكتر و سريعتر است. حرارت در اثر حركت الكترون‌ها در سيمهاي بسيار نازك متصل‌كننده ميليونها قطعه موجود در تراشه‌ها و پردازنده‌هاي امروز ايجاد مي‌شود.

اينتل به تازگي پردازنده‌اي با دو ميليارد ترانزيستور توليد كرده است، اما هرچه تعداد قطعات روي يك پردازنده بيشتر مي‌شود، مشكل دفع حرارت نيز بزرگتر خواهد شد.

در نتيجه دانشمندان سراسر جهان در تلاشند موثرترين راه را براي دفع حرارت پيدا كنند.

از جمله در سال ‪ ۲۰۰۷‬دانشمندان آمريكايي موتورهاي باد بسيار كوچكي را توليد كردند كه با توليد باد از عناصر باردار، يا يون، پردازنده‌ها را خنك مي‌كند.

اما در پردازنده‌هاي چندطبقه كه كارشناسان صنعت توليد تراشه از آن با عنوان يكي از بهترين روشها براي ساخت پردازنده ياد مي‌كنند، مشكل دفع حرارت چند برابر مي‌شود.

تراشه‌اي كه ‪ ۴‬سانتي متر مربع مساحت آن است و تنها يك ميليمتر قطر دارد، به اندازه يك كيلو وات گرما توليد مي‌كند كه ‪ ۱۰‬برابر يك المنت حرارتي معادل آن است.

براي حل اين مشكل، دانشمندان آب را در لوله‌هايي عايق شده به قطر ‪۵۰‬ ميكرون (ميليونيوم متر) بين لايه‌هاي مختلف به گردش درآوردند.

براي جذب حرارت، آب بسيار موثرتر از هوا است و در نتيجه حتي با گردش مقدار بسيار كم آب، پژوهشگران شاهد تغيير عمده در وضعيت دفع حرارت بودند.

فكر استفاده از آب براي خنك كردن كامپيوترها فكر جديدي نيست.

در اطراف اولين كامپيوترهاي مين فريم ‪ (Mainframe)‬آب به گردش در مي‌آمد و كامپيوترهاي پرقدرت چند سال اخير هم از خنك‌كننده هاي در تماس با آب استفاده كرده اند.

شركت كوليگي وابسته به دانشگاه استنفورد، در سال ‪ ۲۰۰۳‬فناوري موسوم به ‪ AMC‬ را عرضه كرد كه امكان به گردش درآوردن مايعات از ميان صدها كانال بسيار ريز در سطح فوقاني يك تراشه را فراهم مي‌كرد.

شركت اپل براي ساخت كامپيوتر پاور مك ‪ G5‬خود كه در سال ‪ ۲۰۰۴‬به بازار عرضه شد از اين فناوري استفاده كرد.

آي بي‌ام اعلام كرده است كه فناوري خنك كنندگي با آب اين شركت در پنج سال آينده براي استفاده تجاري آماده خواهد بود.

قابلیت های نانولوله های کربنی به عنوان یک ماده ی بسیار خوب، اجتناب ناپذیر است. ولی یک عیب نانولوله های کربنی این است که وقتی برای اولین بار ساخته می شوند، به شکل توده ی ناخوشایندی از یک ماده ی سیاه دوده ای در ته یک لوله ی آزمایشی درمی آیند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، پژوهشگران دانشکده ی شیمی دانشگاه وارویک روش جدیدی برای تولید نانولوله های کربنی پیدا کرده اند که بلافاصله به شکل یک مدار الکتریکی آماده ی بسیار حساس درمی آید.

پژوهشگران از رسوب سازی بخار شیمیایی و لیتوگرافی برای ساخت میکروالکترودهای آماده ی تک جداره که به شکل دیسک بوده و اساس ساختشان نانولوله های کربنی می باشد، استفاده کردند. نانولوله ها خودشان را روی یک سطح به صورت بی نظم ولی نسبتاً یکنواخت و مسطح ته نشین می کنند. نانولوله ها همچنین آن قدر با یکدیگر هم پوشانی می کنند تا یک میکرو مدار فلزی تنهای کامل را، در سرتاسر آخرین دیسک، ایجاد کنند. نکته ی جالب توجه در این است که سطحی که نانولوله ها روی دیسک اشغال می کنند کم تر از یک درصد سطح کل دیسک می باشد.

ویژگی مذکور اخیر، این میکروالکترودهای فوری را به ویژه برای ساخت سنسورهای بسیار حساس مفید می سازد. مساحت سطح کم بخش رسانای دیسک به این معنی است که نانولوله ها می توانند برای حذف «نویز پس زمینه» (اختلالاتی که حین انتقال سیگنال به وجود می آیند) و غلبه بر نسبت های کم سیگنال به نویز، استفاده شوند. سنسورهای میکروالکترودهایی که با این روش ساخته می شوند تا هزار برابر حساس تر از سنسورهای میکروالکترودهای معمولی هستند. این ویژگی همچنین باعث ایجاد زمان های واکنش خیلی سریع می شود و به این ترتیب، آن ها ده برابر سریع تر از میکروالکترودهای معمولی واکنش نشان می دهند.

میکروالکترودهای آماده که اساس ساختشان کربن می باشد، طیف وسیعی از قابلیت های تازه را برای استفاده در سیستم های پویا و پرفعالیت میسر می سازد. سازگار بودن کربن با زیست، کاملاً برخلاف مشکلات واضحی است که پلاتینیوم و سایر فلزها می توانند به بافت های زنده تحمیل کنند. پیش از این گروه پژوهشی وارویک شروع کردند به پیدا کردن این که چگونه میکروالکترودهای تک جداره ی بر پایه ی نانولوله ها، می توانند برای اندازه گیری سطوح نروترانسمیترها (ماده ی شیمیایی که موجب انتقال پیام های عصبی به عصب های دیگر می شود) استفاده شوند.

میکروالکترودهای جدید همچنین قابلیت های جالب توجهی را برای کاتالیز در پیل های سوختی میسر می سازد. پیش از این، پژوهشگران از این که این نوع نانولوله های کربنی به ویژه در زمینه ی کاتالیز مفید است، مطلع بوده اند ولی نوعی ابهام وجود داشت و آن، این بود که آیا مزایایی که نانولوله های کربنی فراهم می کنند، ناشی از خواص خود آن هاست یا ناشی از ناخالصی های مربوط به مرحله ی تولید می باشد. پژوهشگران قادر بوده اند از روش جدید تولید نانولوله ی کربنی تک جداره، برای اثبات این که در واقع خواص خود نانولوله ها برای کاتالیز مفید می باشد، استفاده کنند.

همچنان که پژوهشگران دانشگاه وارویک، قادر بوده اند از رسوب سازی الکتریکی برای اِعمال سریع تر و آسان تر پوشش های فلزی خاص به شبکه های میکروالکترودی نانولوله ی کربنی تک جداره بهره ببرند، روش جدید تولید نانولوله ی کربنی، مزیت دیگری برای کاربردهای کاتالیزی به وجود آورده است.

پژوهش صورت گرفته توسط پژوهشگران دانشگاه وارویک، یوان دومتریکو، پروفسور جولی مک فرسون، پروفسور پاتریک آنوین و نیل ویلسون، در شیمی تحلیلی، در مقاله ای با عنوان «میکروالکترودهای شبکه ای نانولوله ی کربنی تک جداره» منتشر شده است.

برگرفته از اطلاعات فراهم شده توسط دانشگاه وارویک.

مسیرهای هادی در سیستم های حسگر باید به دقت سیم کشی شوند. هم اینک، محققین به جای استفاده از سیم های رابط مزاحم، مسیرهای هادی را چاپ می کنند. اتصالاتی که بدین شکل تولید می شوند نازک تر اند و حسگر اندازه گیری های دقیق تری انجام می دهد.

اتومبیل های مدرن پر از حسگر هستند. مقدار هوای بهینه در قسمت مکش موتورهای احتراقی توسط حسگرهای جریان ترموالکتریکی تنظیم می شود. این حسگرها مقدار گاز یا مایعی را که در یک مسیر خاص جریان می یابد، اندازه گیری می کنند. دیگر کاربرد این گونه حسگرها در داروسازی است که در آن مقادیر بسیار کوچک داروها کنترل می شوند.

عملکرد صحیح این حسگرهای ترموالکتریکی وابسته به اتصال درست آنهاست. حسگرهای اندازه گیری -شامل یک ویفر سیلیکون و یک پوسته- در یک برد مدار چاپی جاسازی می شوند. بدین ترتیب جریان لازم می تواند بین اتصالات حسگر و برد مدار چاپی جاری شود و یک مسیر هادی ایجاد گردد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، محققین موسسه مهندسی ساخت و تولید و تحقیقات مواد کاربردی فرانهوفر (IFAM) در شهر برمن بر روی تکنیکی خاص کار می کنند. کریستین ورنر مدیر پروژه IFAM ابراز داشت: "تا به حال اتصالات، معمولاً توسط سیم رابط ها صورت می گرفت اما سیم رابط ها فضا اشغال می کنند و به رفتار جریانی گازها و مایعات آسیب می زنند که این می تواند بر اندازه گیری های دقیق اثر بگذارد." بدین ترتیب محققین تکنیک جدیدی را گسترش دادند: تکنیک INKtelligent printing. تفاوتی که این تکنیک دارد، این است که در این روش محققین مسیرهای هادی را به جای اینکه سیم کشی کنند، چاپ می کنند. این روش در حقیقت یک روش چاپ با تعلیق مایع و بدون تماس است.

ورنر ادامه داد: "این تعلیق شامل ذرات نانوی نقره در یک حلال خاص است. این ما را قادر می سازد تا مسیرهای هادی بسیار نازک چاپ کنیم." عملیات حرارتی بعدی، هدایت الکتریکی مسیرها را فعال می کند.

محققین، این مسیرهای هادی را با همکاری موسسه میکروسنسورها و سیستم ها (IMSAS) در برمن آزمایش کردند. روی هم رفته، مهندسین یکی از اصلی ترین مشکلات حسگرهای ترموالکتریکی را حل کرده اند. در مقایسه با سیم های رابط که در مجموع 1 تا 1.5 میلی متر ارتفاع دارند، مسیرهای هادی چاپی تنها 2 تا 3 میکرومتر ارتفاع دارند؛ به عبارتی تقریباً 500 برابر نازک تر از سیم های رابط هستند. این مسیرها، حسگرها را قادر می سازند که اندازه گیری های بسیار دقیق تری انجام دهند. محققین فرانهوفر، پلتفرم این فن آوری جدید را در نمایشگاه Sensor and Test نورنبرگ از 6 تا 8 می به نمایش گذاشتند.

دو تن از محققین کالج دارتموس نشان دادند که عنصر کرومیوم ویژگی های الکتریکی آهن رباها را به طرز شگفت آوری از خود به نمایش می گذارد. این یافته می تواند در حوزه ی نوظهور "اسپینترونیک" - که احتمالا روزی موجب ایجاد روش های جدید و پربازده تری در پردازش و ذخیره ی داده خواهد شد - مورد استفاده قرار گیرد.

الکترون ها علاوه بر بار الکتریکی شان، یک تکانه ی زاویه ای ذاتی دارند که اسپین نامیده می شود. در کارهای الکترونیکی، این بار الکترون است که در محاسبات و انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرد. اما در اسپینترونیک، این اسپین الکترون است که به کار می رود.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، یوآنگ آه سوح، محقق اصلی مقاله و استادیار فیزیک و نجوم در دارتموس، گفت: "پدیده ای که ما کشف کرده ایم احتمالا منجر به کاربردهای جدیدی از کرومیوم خواهد شد." این محقق خانم با همکاری راوی کومامورو، محقق اسبق فوق دکترای دارتموس و هم اکنون در دانشگاه ایلی نویز، بر روی ایت تحقیق کار کرده است.

وی در ادامه می افزاید، این تحقیق نشان می دهد که یک عنصر ساده و شناخته شده، کرومیوم، ویژگی های الکتریکی متفاوتی در حوزه ی گرمایشی و خنک سازی از خود نشان می دهد. این تفاوت ها بر بازترتیب درونی الکترون ها و اسپین آن ها تاثیر می گذارد.

در فرومغناطیس ها، اسپین الکترون ها با یکدیگر کنش و واکنش داشته و منجر به صف بندی آن ها می شود. اما در آنتی فرومغناطیس ها، کنش و واکنش ها بین اسپین الکترون های مجاور به گونه ای است که در تقابل با هم قرار می گیرند. محققین به مدت طولانی، ویژگی های الکتریکی فرومغناطیس ها و تاثیر اسپین الکترون ها را مورد بررسی قرار داده اند. به گفته ی سوح و کومامورو، توجه کمی به تاثیرات اسپین بر روی ویژگی های الکتریکی در آنتی فرومغناطیس ها شده است، که البته انجام این کار بسیار سخت تر است، و کرومیوم به عنوان یک عنصر ساده یک مورد ویژه در بین آنتی فرومغناطیس ها است.

سوح گفت: "آنتی فرومغناطیس ها در حوزه های بی شماری مورد استفاده قرار می گیرند: فیزیک، علم مواد، و شیمی، و به شکل فزاینده ای در تکنولوژی به کار می روند، به عنوان نمونه در هدهای ریزی که جهت خواندن داده از دیسک درایوهای کامپیوتری استفاده می شوند، یافت می شوند. تحقیق ما حوزه ی کاملا جدیدی از تاثیرات الکتریکی کنترل شده در آنتی فرومغناطیس ها را در مقیاس کمی بزرگ تر از کوانتوم می گشاید. یافته ها نشان می دهند که نه تنها فرومغناطیس ها می توانند در اسپینترونیک به کار روند، امکان اینکه آنتی فرومغناطیس ها نیز بتوانند جهت دستکاری و ذخیره ی اطلاعات استفاده شوند، وجود دارد."

این تحقیق، با عنوان "تاثیرات الکتریکی تدریج موج چگالی اسپین و دیوارهای دامنه ی مغناطیسی در کرومیوم"، در نسخه ی 17 آوریل مجله ی نیچر منتشر خواهد گشت.

پژوهشگران دانشگاه ایلی نویز امریکا، روشی جدید برای تولید نانوسیم های مسی توسعه داده اند که در دمای پایین و بدون حضور کاتالیزور انجام می گیرد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، نانوسیم های مسی می توانند به عنوان اتصالات در ساخت دستگاه های الکترونیکی و همچنین گسیل کننده های الکترونی در نمایشگرهای تلویزیون مانند و دارای صفحه ی مسطح و خیلی باریک معروف به نمایشگرهای گسیل میدانی به کار برده شوند.

کوین کیم، استاد دانشکده ی مهندسی برق و کامپیوتر گفت: "ما این توانایی را داریم که تعداد زیادی نانوسیم های مسی مجزا با قطر و طول کنترل شده تولید کنیم. نانوسیم های مسی برای مجتمع سازی دستگاه های الکترونیکی مناسب هستند."

هیونگسو چوی، استاد تحقیق و پژوهش در آزمایشگاه فن آوری نانو و میکرو و همچنین استاد دانشکده ی مهندسی برق و کامپیوتر اظهار داشت: "نانوسیم های مسی روی صفحه های مختلفی از جمله شیشه، فلز و پلاستیک ساخته می شوند. این نانوسیم ها با رسوب سازی بخار شیمیایی از یک ماده ی اولیه ساخته می شوند. این فرایند ثبت شده، با پروتکل های پردازش سیلیکون کنونی سازگار است."

توضیحات پژوهشگران در مورد نانوسیم های مسی و روند ساختشان و اثبات اصول نمایشگر گسیل میدانی، در مقاله ی موجود در ژورنال ادونسد متریالز و همچنین در سایت آن منتشر شده است.

نانوسیم های مسی با قطرهای 70 تا 250 نانومتر، روی یک لایه ی سیلیکونی و در دماهای 200 تا 300 درجه ی سلسیوس ساخته می شوند و نیازی به کاتالیزور نیست. ابعاد نانوسیم های مسی توسط شرایط پردازش مانند لایه ها و دمای آن ها و زمان رسوب سازی و میزان تغذیه ی ماده ی اولیه کنترل می شود. نانوسیم های مسی ستونی و پنج جهته، منجر به نوک های تیز و پنج گوش می شوند که گسیل میدانی را آسان تر می کنند.

پژوهشگران ابتدا برای نشان دادن عملی بودن فرایند رشد نانوسیم ها در دمای پایین، مجموعه ای از نانوسیم ها را روی لایه ی سیلیکونی تولید کردند. سپس آن ها یک نمایشگر گسیل میدانی را با استفاده از دسته ای از نانوسیم ها ایجاد کردند.

در نمایشگر گسیل میدانی، الکترون های گسیل شده از نوک نانوسیم ها، به یک پوشش فسفری برخورد می کنند و تصویر ایجاد می کنند. از آن جا که پژوهشگران در نمایشگرشان، از مجموعه ای از نانوسیم ها برای هر پیکسل استفاده کردند، خراب شدن تعداد معدودی از نانوسیم ها، در روند نمایش دستگاه تأثیری نخواهد داشت.

کیم افزود: "ویژگی های گسیل نانوسیم های مسی در نمایشگر گسیل میدانی ما، خیلی خوب بودند. نتایج آزمایش های ما نشان می دهند که نانوسیم هایی که به صورت دسته می باشند، می توانند منجر به نمایشگرهای با دوام تر گسیل میدانی شوند." گفتنی است کوین کیم، در دانشکده های مختلفی از دانشگاه ایلی نویز عضو می باشد از جمله دانشکده ی مهندسی و علم مواد، دانشکده ی زیست-مهندسی، دانشکده ی پلاسما، پرتوشناسی و هسته ای، مؤسسه ی بک من، آزمایشگاه فن آوری نانو و میکرو، و مؤسسه ی زیست شناسی.

پژوهشگران علاوه بر کار کردن روی نمایشگرهای انعطاف پذیری که از نانوسیم های مسی تولید شده روی پلاستیک خم شدنی ساخته شده اند، روی نانوسیم های نقره ای نیز کار می کنند.

علاوه بر کیم و چوی، افرادی چون چنگ ووک کیم، دانشجوی فارغ التحصیل و سرپرست نویسندگان، ونهووا گو، دانشجوی فارغ التحصیل، مارثا بریسنو، فوق دکترای تحقیق و پژوهش و نهایتاً یان رابرتسون، استاد و رییس گروه مهندسی و علم مواد نیز در نگارش این مقاله همکاری داشتند.

دانشگاه ایلی نویز، پشتیبانی این پروژه را بر عهده گرفته است. توصیف ویژگی های نمونه ها، که قسمتی از آن توسط سازمان انرژی امریکا سرمایه گذاری شده، در مرکز میکروآنالیز مواد این دانشگاه به انجام رسید.

برگرفته از اطلاعات فراهم شده توسط دانشگاه ایلی نویز در شهر اوربانا-شمپین.

HP اعلام کرد که پژوهشگران این شرکت وجود یک عنصر جدید پایه ای در مهندسی برق را اثبات کرده اند. پیش از این، وجود چنین عنصری در حد یک نظریه بود.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، این پیشرفت علمی می تواند امکان توسعه ی سیستم های کامپیوتری را که دارای حافظه های غیر قابل فراموشی هستند میسر کند. همچنین می تواند منجر به توسعه ی سیستم های کامپیوتری شود که نیاز به بوت شدن ندارند، میزان مصرف برقشان به مراتب کم تر است و نحوه ی ارتباطشان با اطلاعات، شبیه مغز انسان است.

در مقاله ای که در ژورنال نیچر منتشر شد، چهار پژوهشگر مربوط به بخش اطلاعات آزمایشگاه های شرکت HP و آزمایشگاه سیستم های کوانتومی، به سرپرستی استنلی ویلیامز، یک مدل ریاضی و مثال فیزیکی از «ممریستور» را معرفی کردند. ویژگی منحصر به فرد این عنصر جدید، که نام آن ترکیبی از «مموری رزیستور» به معنی «مقاومت حافظه» می باشد، این است که پیشینه ی اطلاعات از قبل دریافت شده را در خود نگه می دارد.

لیون چوآ، عضو برجسته ی دانشکده ی مهندسی برق و علوم کامپیوتر دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، 37 سال پیش نظریه ی خود را در این مورد مطرح کرده بود و عنصرش را نام گذاری کرده بود که همان زمان در یک مقاله ی دانشگاهی منتشر شد. چوآ عنوان کرد که ممریستور، بعد از خازن، مقاومت و سلف، چهارمین عنصر بنیادی مدارهای الکترونیکی به شمار می رود. وی همچنین معتقد بود که ممریستور ویژگی هایی دارد که ترکیب هر کدام از سه عنصر دیگر نمی تواند آن ها را داشته باشد.

ویلیامز به همراه گروهش، با تکیه بر تحقیقات ابتکارانه شان در نانوالکترونیک، جزو اولین افرادی هستند که وجود ممریستور را اثبات می کنند.

ویلیامز گفت: "یافتن چیزی جدید و پایه ای در یک زمینه ی به تکامل رسیده از مهندسی برق، آن هم در عصر حاضر، یک شگفتی بزرگ است که می تواند نتایج مهمی برای آینده ی علم کامپیوتر در پی داشته باشد. آزمایشگاه های شرکت HP با فراهم کردن یک مدل ریاضی برای ساختار فیزیکی ممریستور، این امکان را برای مهندسین به وجود آورده اند که بتوانند مدارهای مجتمعی را توسعه دهند که باعث بهبود کارایی و بازده انرژی کامپیوترهای شخصی و مراکز داده ها شوند."

یکی از کاربردهای این پژوهش می تواند توسعه ی نوع جدیدی از حافظه ی کامپیوتری باشد که ابتدا به صورت مکمل و سپس به عنوان جایگزینی برای حافظه ی با دستیابی تصادفی دینامیکی (DRAM) امروزی به کار رود. کامپیوترهایی که از DRAM های معمولی استفاده می کنند این کمبود را دارند که نمی توانند اطلاعات را در صورت قطعی برق نگه دارند. حال با جاری شدن جریان برق در این نوع کامپیوتر، نیاز به اجرای مرحله ی کند بوت شدن می باشد تا داده ها را از دیسک مغناطیسی ای که برای راه اندازی سیستم لازم است، بازیابی کند.

در مقابل، کامپیوتری که بر اساس حافظه ی ممریستور کار می کند، می تواند در صورت قطعی برق، اطلاعات را حفظ کند و نیازی هم به بوت شدن ندارد. در نتیجه هم در مصرف برق و هم در زمان صرفه جویی می شود.

کاربرد متداول مذکور نقش مهمی را به عنوان «محاسبات انبوه» بازی می کند. محاسبات انبوه، زیر ساختی از فن آوری اطلاعات را که متشکل از صدها هزار سرور و سیستم های ذخیره هستند، می طلبد. حافظه و سیستم های ذخیره ای که امروزه به عنوان زیرساخت های محاسبات انبوه از آن ها استفاده می شود، توان قابل ملاحظه ای برای ذخیره، بازیابی و حفظ اطلاعات میلیون ها کابر وب در سرتاسر جهان نیاز دارد.

حافظه هایی که بر اساس ممریستور کار می کنند این توانایی را دارند که مصرف برق را کاهش دهند و در صورت بروز قطعی برق، قابلیت اطمینان بالا و همچنین حالت برگشت پذیری را برای یک مرکز داده فراهم کنند.

از دیگر کاربردهای فن آوری ممریستور می توان به توسعه ی سیستم های کامپیوتری اشاره کرد که نحوه ی ارتباطشان با حوادث و وقایع، شبیه الگوهای مغز انسان است. نتیجه ی این کاربرد می تواند منجر به پیشرفت فن آوری تشخیص چهره ی امروزی شود. همچنین می تواند به دستگاه های امنیتی و محرمانه که مجموعه ای از ویژگی های بیومتریک یک فرد خاص را تشخیص می دهد، این توانایی را بدهد که به اطلاعات شخصی دست پیدا کنند و یا یک وسیله را قادر سازد که یاد گیریش بر اساس تجربه باشد.

ویلیامز مدیر بخش اطلاعات آزمایشگاه های شرکت HP و آزمایشگاه سیستم های کوانتومی می باشد. وظیفه ی این آزمایشگاه ها، تبدیل پیشرفت های بنیادی در زمینه های ریاضیات و علوم طبیعی (شامل فیزیک، شیمی، نجوم و ...) به فن آوری هایی که برای شرکت HP مفید هستند، می باشد. طی 12 سال گذشته، ویلیامز و گروهش پژوهش های علمی اولیه خود را در زمینه ی اطلاعات و محاسبات انجام داه اند به طوری که منجر به یک سری پیشرفت های اساسی در نانوالکترونیک و نانوفوتونیک شده است.

برگرفته از اطلاعات گردآوری شده توسط آزمایشگاه های HP.

گرافین، رقیب اصلی سیلیکون، گامی دیگر در جهت جایگزین شدن به عنوان پایه ای برای محاسبات به جلو برداشته است.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از نیو ساینتیست، ترانزیستورهای با ضخامت یک اتم و پهنای ده اتم توسط پژوهشگران بریتانیایی ساخته شده اند. عده ای پیش بینی کرده بودند که ترانزیستورهای مذکور که از مشتقات گرافین بودند روزی جای سیلیکون را به عنوان پایه ی محاسبات آینده بگیرد.

به مدت چهل سال، یک قانون کلی به نام قانون مور بر محاسبات حکمفرما بوده است. این قانون پیش بینی می کند که تقریباً هر دو سال، تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده روی تراشه ها دو برابر خواهد شد.

با این وجود، سیلیکون که تا به حال پا به پای قانون مور آمده است، در ابعاد زیر ده نانومتر ساختارهای پایداری ندارد. جدیدترین تراشه های امروز تنها چهل و پنج نانومتر ابعاد دارند. بنابراین وجود جایگزینی برای سیلیکون احساس می شود.

گرافین ماده ای است که از ورقه های مسطح کربن ساخته می شود و آرایش آن مثل لانه ی زنبور می باشد. این ماده در حال حاضر اصلی ترین رقیب سیلیکون به شمار می رود. به تازگی، تیمی در دانشگاه منچستر از گرافین برای ساخت کوچک ترین ترانزیستورهای جهان استفاده کرده اند. ترانزیستورهایی که ابعادشان تنها یک نانومتر می باشد و متشکل از حلقه های کربنی اندکی است.

ترانزیستورهای گرافینی قبلی خیلی بزرگ تر بودند. ابعاد آن ها ده نانومتر بود.

ابعاد کوچک

کوستیا نووسلف که به همراه همکارش اندری گیم توانستند در سال 2004 گرافین را کشف کنند، گفت: "یک سؤال بزرگ این بوده است که از چه ماده ای برای ساخت ترانزیستورهای کوچک تر استفاده شود. در حال حاضر ترانزیستور گرافینی یکی از کوچک ترین ترانزیستورهاست."

پیوندهای کربن - کربن گرافین جزء قوی ترین پیوندها در طبیعت است. مطابق شکل، ساختار گرافین که شبیه لانه ی زنبور است به الکترون ها اجازه می دهد که با سرعت زیادی حرکت کنند.

هنوز ساخت ترانزیستورهای گرافینی دشوار هستند. گرافین، معمولاً آن رسانایی قابل کنترل که ترانزیستورها نیاز دارند تا جریان الکتریکی را کنترل کنند، ندارد.

نووسلف و همکارانش دریافتند که «نقطه های کوانتومی» کوچک مشتق شده از گرافین می توانند خاصیت فوق الذکر را در بر داشته باشند. این نقطه های کوانتومی که ابعادشان تنها چند نانومتر می باشد به خاطر اثرات کوانتومی، الکترون ها را به دام می اندازد. به همین دلیل، استفاده از نقطه های کوانتومی در چنین ابعادی، دارای مزیت و برتری است.

ترانزیستور ریز

اعمال یک میدان مغناطیسی به کوچک ترین نقطه های کوانتومی، اجازه ی عبور دوباره ی جریان را می دهد و یک ترانزیستور قابل کنترل را می سازد. کوچک ترین نقطه های کوانتومی که مانند ترانزیستورها کار می کنند، تنها پنج حلقه ی کربنی دارند یعنی شامل حدود ده اتم یا یک نانومتر پهنا می باشند.

به گفته ی نووسلف، انواع دیگر ترانزیستورهای آزمایشی در محدوده ی این ابعاد وجود دارند که معمولاً آن ها را باید با گاز مایع بسیار سرد کرد. ابزارهای گرافینی جدید در دمای اتاق کار می کنند.

نووسلف افزود: "این ترانزیستورهای آزمایشی معمولاً با درست کردن یک اتم در یک لحظه از زمان، یا اتصال مولکول های تنها به یکدیگر، ساخته می شوند. این روش ها پیچیده و غیر عملی می باشند."

در مقابل، ترانزیستورهای گرافینی با همان روشی که ابزارهای سیلیکونی ساخته می شوند، ساخته شدند. این ترازیستورها از قطعات بزرگ تر گرافین مشتق شده اند. نووسلف می گوید: "این یک مزیت بزرگ آن هاست."

نتایج شگفت انگیز

انتونیو کاسترو نتو از دانشگاه بوستون امریکا می گوید: "شگفت انگیزترین نتیجه برای من این است که آن ها قادرند به نقطه های کوانتومی به کوچکی یک نانومتر تبدیل شوند. این واقعاً باعث تحیر است. اگر شما تلاش کنید تا ابعاد هر ساختار دیگری را کاهش دهید، قبل از این که به ابعاد کوچک تر دست پیدا کنید، ساختارش متلاشی می شود."

وی افزود: "من شکی ندارم که این ساختارها می توانند برای کاربردهای فنی استفاده شوند. انعطاف پذیری الکترونیکی و پایداری ساختاری ترانزیستورهای گرافینی که پایه ی پیشرفت دیوایس های امروزی هستند، در هیچ یک از سایر مواد روی زمین وجود ندارند. ولی هنوز ساخت ابزارهای گرافینی با ابعاد عملی به عنوان یک چالش باقی است."

ژورنال مرجع: ساینس

با واقعی تر شدن محاسبات کوانتومی که اساس کارشان فوتون ها می باشند، فیزیک دانان دانشگاه بریستول انگلستان، به ساخت اولین گیت های منطقی روی یک تراشه ی سیلیکونی که قادر به پردازش فوتون های تنها می باشند، دست پیدا کردند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ای ای تایمز، طبق اخبار منتشره از دانشگاه بریستول، پژوهشگران با سرپرستی پروفسور جرمی اوبراین، عمل کوچک سازی یک گیت نات کنترل شده ی نوری و کارامد را با موفقیت انجام دادند. گیت نات به عنوان جزء اصلی یک کامپیوتر کوانتومی به شمار می رود.

اوبراین گفت: "تراشه ی جدید که در آن از قطعات سیلیسی هادی امواج برای اندازه گیری حالت های جفت فوتون ها استفاده شده است، گامی مهم در جهت پیشبرد کامپیوترهای کوانتومی نوری آینده به شمار می رود. گفتنی است انواع قبلی گیت های منطقی چندین متر مربع فضا اشغال می کردند."

مارک اندرسون، کارشناس فن آوری، در خبرنامه ی تأثیرگذار خود،«سرویس اخبار استراتژیکی»، نوشت: "برای آنهایی که باور دارند محاسبات کوانتومی جهشی دیگر در پیشرفت دنیای محاسبات است و آن هایی که گیت منطقی را به عنوان یک جزء مهم تلقی می کنند، این یک گام مهم در پیشبرد دنیای محاسبات است."

با استفاده از خواص منحصر به فرد و اغلب عجیب و غریب ذرات خیلی کوچک تحت نظریه های مکانیک کوانتومی، کامپیوترهای کوانتومی بر این واقعیت مبتنی خواهند بود که فوتون ها و سایر ذرات خیلی ریز می توانند در آن واحد دو حالت داشته باشند. در حالی که فوتون های تنها می توانند به راحتی و خیلی سریع کنترل شوند، پژوهشگران چند سال کار کردند تا بتوانند آنها را وادار به فعل و انفعال با یکدیگر بکنند و این یک پیشرفت اساسی در به وجود آمدن گیت های منطقی عملی است.

البرتو پولیتی، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه بریستول که تحت سرپرستی اوبراین فعالیت می کند، متذکر شد: "مدارهای نوری کوانتومی قبلی که بر روی اجزای نوری بزرگ ساخته شده اند و انتقال فوتون ها در آن از طریق هوا صورت می گیرد، آنها را از لحاظ ساخت و افزایش مقیاسشان دچار مشکل کرده است."

اوبراین افزود: "طی چند سال گذشته، «مرکز فوتونیک کوانتومی» برای حل این مشکلات، در حال کار کردن روی ساخت گیت های نات کنترل شده و سایر مدارهای کوانتومی مهم، روی یک تراشه بوده است."

برای این که ساخت دستگاه مذکور در ابعاد عملی میسر شود، پژوهشگران به یکی از مهم ترین پدیده های عجیب و غریب فیزیک کوانتوم بر روی تراشه نیز دست یافتند. این پدیده وقتی رخ می دهد که دو ذره در حالی که با هم در فعل و انفعال با یکدیگر هستند، حالت هر کدام از آنها به تنهایی غیر قابل تعریف است ولی حالت مجموع آنها قابل تعریف می باشد.

با این که تراشه ی نوری جدید نشان گر پیشرفتی مهم است ولی هنوز کامل و دقیق نیست. اوبراین در گفتگویی با سایت Physicsworld.com اظهار داشت که میزان خطای تراشه اش تقریباً نود درصد است. در آینده کار تحقیق و بررسی روی کم کردن درصد خطا انجام خواهد گرفت. همچنین روی روش هایی برای مجتمع کردن منابع و موج یاب های فوتون، بر روی تراشه کار خواهد شد.

پژوهشگران با استفاده از نازک ترین ماده ی جهان (گرافین)، کوچک ترین ترانزیستور جهان را ساختند. این ترانزیستور ضخامتی برابر با یک اتم و پهنایی برابر با ده اتم دارد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، بر اساس گزارشات مندرج در ژورنال ساینس، دکتر کوستیا نووسلف و پروفسور اندری گیم از دانشکده ی فیزیک و نجوم دانشگاه منچستر نشان می دهد که گرافین می تواند به مدارهای الکترونیکی ریزی تقسیم شود و ترانزیستورهای خاصی را با ابعادی در اندازه ی یک مولکول به همراه داشته باشند. به گفته ی پژوهشگران منچستر، هر چقدر ابعاد ترانزیستورهای این مدارهای الکترونیکی کوچک تر باشد، عملکرد آنها بهتر خواهد بود.

تولید کنندگان در دهه های اخیر، اجزای بیشتر و بیشتری را روی آی سی ها تعبیه کرده اند. بنابراین، تعداد ترانزیستورها و توان این آی سی ها طی هر دو سال تقریباً دو برابر شده اند. این امر به قانون مور معروف شده است.

طبق چشم انداز صنعت نیمه هادی، در حال حاضر سرعت اضافه کردن اجزای دیگر به مدارها به طور قابل ملاحظه ای در حال کاهش است و کوچک سازی در الکترونیک اساسی ترین چالش خود را در ده تا بیست سال آینده تجربه خواهد کرد.

مشکل اساسی در این است که استحکام موادی که ابعاد آنها کوچک تر از ده نانومتر باشد، ضعیف می باشد. تمام نیمه هادی ها از جمله سیلیکون، در این مقیاس، ابتدا اکسید سپس تجزیه می شوند و نهایتاً به طور غیر قابل کنترلی روی سطوح جابجا می شوند درست مانند قطرات ریز آب که روی یک سطح داغ جابجا می شوند.

چهار سال پیش، جیم و همکارانش گرافین را کشف کردند. گرافین اولین ماده ی شناخته شده ی با ضخامت یک اتم می باشد که می توان آنرا به صورت مجموعه ای از اتم ها که از گرافیت استخراج می شوند، در نظر گرفت. گرافین به سرعت به یکی از داغ ترین موضوعات علم فیزیک و مواد تبدیل شد.

هم اکنون تیم منچستر نشان داده است که می توان با تجزیه کردن یک کریستال گرافین، ترانزیستورهایی در مقیاس نانومتر تولید کرد. بر خلاف سایر مواد شناخته شده، گرافین بعد از تجزیه به ترانزیستورهایی در مقیاس یک نانومتر، باز پایدار و مستحکم و رسانا باقی می ماند.

ترانزیستورهای گرافین در ابعاد کوچک تر از ده نانومتر عملکرد خوبی از خود نشان می دهند. ابعاد کوچک تر از ده نانومتر یک نوع محدودیت کوچک سازی به شمار می رود به طوری که طبق پیش بینی ها فن آوری سیلیکون در این ابعاد با شکست مواجه خواهد شد.

نووسلف گفت: "قبلاً پژوهشگران از مولکول های بزرگ تری برای ترانزیستورهای خاص استفاده می کردند تا بتوانند نوع جدیدی از مدارهای الکترونیکی را تولید کنند. این کار، همانند اضافه کردن مقدار کمی شیمی به مهندسی کامپیوتر است. ولی الآن بر اساس همان ماده ی قبلی (گرافین)، مولکول های طراح به عنوان ترانزیستورها به معماری کامپیوتر طراح وصل می شوند و روش ساخت آنها درست مشابه روشی است که در حال حاضر در صنعت نیمه هادی از آن استفاده می کنند."

وی افزود: "فعلاً خیلی زود است که وعده ی ابرکامپیوترهای گرافین را بدهیم. ما در کارمان، برای تولید ترانزیستورهای کوچک مذکور به شانس و احتمال تکیه کردیم. متأسفانه در حال حاضر هیچ فن آوری وجود ندارد که مواد را دقیقاً به نانومتر برش دهد و این دقیقاً همان چالشی است که الکترونیک غیر سیلیکونی پیش روی خود دارد. حداقل ما اکنون ماده ای داریم که با این چالش روبروست."

باب وسترولت، استاد دانشگاه هاروارد اظهار داشت: "گرافین یک ماده ی جدید جالب با خواص غیر معمول است که برای نانوالکترونیک نوید بخش به شمار می رود. آینده بایستی خیلی جالب توجه باشد."

مقاله ای در زمینه ی گرافین، روز هفدهم آوریل در ژورنال ساینس منتشر شده است. همچنین همراه با آن، مقاله ی وسترولت با عنوان "نانوالکترونیک گرافین" (چشم اندازی به آینده ی گرافین)، به چاپ رسیده است.

برگرفته از اطلاعات گردآوری شده توسط دانشگاه منچستر.

نانو لوله های کربنی، به دلیل خواص مکانیکی، گرمایی، شیمیایی، نوری و الکتریکی شان، نوید بسیاری کاربردهای با فن آوری های بالا را می دهند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، پژوهشگران دانشگاه نورس وسترن امریکا از نانو لوله های فلزی برای ساختن لایه های نازکی که از لحاظ ظاهری شبیه شیشه های رنگی هستند و ویژگی هایی همچون نیمه شفاف بودن، رسانایی و انعطاف پذیری بالا دارند و در انواع و اقسام رنگ ها موجود می باشند، استفاده کرده اند. این نتایج، که به صورت آنلاین در ژورنال نانولترز منتشر شده، می تواند به تولید محصولاتی با فن آوری های پیشرفته مانند صفحه نمایشگرهای مسطح و یا سلول های خورشیدی، منجر شود.

خواص متنوع و بسیار خوب نانو لوله های کربنی، کاربردهای وسیعی را ایجاد کرده است. این کاربردها شامل ترانزیستورها، گیت های منطقی، اتصالات، لایه های رسانا، منابع گسیل میدان، گسیل کننده های مادون قرمز، بیوسنسورها، دستگاه های نانو مکانیکی، نیروهای تقویتی مکانیکی، عناصر ذخیره ی هیدروژن و پایه های کاتالیزی می باشند.

اخیراً در میان کاربردهای مذکور، لایه های رسانای شفاف که با استفاده از نانو لوله های کربنی ساخته می شوند، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. رساناهای شفاف، موادی هستند که از نظر نوری شفاف و از نظر الکتریکی رسانا می باشند. این مواد معمولاً به عنوان الکترودهایی در صفحه نمایشگرهای مسطح، صفحه نمایش های لمسی، روشنایی حالت جامد و سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند. با افزایش تقاضا برای منابع دیگر انرژی و ساخت دستگاه هایی که از نظر انرژی بازده خوبی دارند، تقاضای جهانی برای لایه های رسانای شفاف نیز به سرعت در حال افزایش است.

در حال حاضر، مهم ترین ماده ی مورد استفاده برای کاربردهای رسانای شفاف، اکسید قلع ایندیم می باشد. کمیابی نسبی ایندیم از یک طرف و افزایش تقاضا از طرفی دیگر منجر به افزایش شدید هزینه ی ساخت این گونه لایه ها در پنج سال گذشته شده است. علاوه بر این موضوع اقتصادی، اکسید قلع ایندیم دارای قابلیت تنظیم نوری محدود و انعطاف پذیری مکانیکی ضعیفی می باشد. بنابراین استفاده از این ماده در کاربردهایی نظیر LED های آلی و دستگاه های فتوولتاییک آلی به خطر می افتد.

تیم نورس وسترن گام مهمی در معرفی یک رسانای شفاف دیگر برداشته است. پژوهشگران با استفاده از روشی موسوم به نیروی گریز از مرکز افت چگالی، نانو لوله های کربنی با خواص الکتریکی و نوری یکسانی تولید کرده اند. رسانایی لایه ها ی نازکی که از این نانو لوله های با خلوص بالا ساخته شده اند، ده برابر مواد نانو لوله های قبلی می باشد.

روش نیروی گریز از مرکز افت چگالی، نانو لوله های کربنی را بر اساس خواص نوری آنها تقسیم بندی می کند و ساختار لایه های رسانای نیمه شفاف با رنگ مشخصی را به وجود می آورد. لایه های ایجادشده ظاهری شبیه به شیشه های رنگی دارد. هرچند، بر خلاف شیشه های رنگی، این لایه های نازک نانو لوله های کربنی رسانایی الکتریکی بالا و انعطاف پذیری مکانیکی خوبی دارند. خاصیت انعطاف پذیری مکانیکی خوب این نانو لوله ها، یکی از مهم ترین محدودیت های اکسید قلع ایندیم در کاربردهای فتو ولتاییک و الکترونیک انعطاف پذیر را بر طرف می کند.

مارک هرسام، سرپرست تیم پژوهشی، استاد مهندسی و علم مواد در دانشگاه نورس وسترن، دانشکده ی مهندسی و علوم کاربردی و همچنین استاد شیمی در کالج علوم و هنر واینبرگ گفت: "رساناهای شفاف در جامعه ی امروزی همه جا حضور دارند. از مانیتور کامپیوترها گرفته تا صفحه نمایش تلفن های همراه و تلویزیون های دارای صفحه نمایش تخت. لایه های نازک نانو لوله های کربنی که خلوص بالایی دارند، نه تنها موجب پیشرفت هایی در زمینه ی کاربردهای رایج می شود، بلکه موجب پیشرفت فن آوری های مریی مانند LED های آلی و دستگاه های فتوولتاییک آلی نیز می شود. انتظار می رود در آینده ی قابل پیش بینی، فن آوری های مربوط به بازده انرژی و منابع انرژی ثانویه از اهمیت در حال افزایشی برخوردار باشند."

علاوه بر هرسام، الکساندر گرین نویسنده ی دیگر مقاله شان در ژورنال نانولترز می باشد. وی فارغ التحصیل مهندسی و علم مواد دانشگاه نورس وسترن می باشد.

برگرفته از اطلاعات فراهم شده توسط دانشگاه نورس وسترن.

محققان در دانشگاه بوستون وMIT با بهره گیری از فن آوری نانو موفق شدند تا افزایش قابل توجهی در کارائی اثر ترموالکتریکی ایجاد کنند، دستاوردی که راه را برای نسل بعدی تولیدات - از نیمه رساناها و دستگاه های تهویه مطبوع گرفته تا سیستم اگزوز ماشین و فن آوری انرژی خورشیدی - هموار می کند. بدین ترتیب تولیدات می توانند به صورت پاک تری کار کنند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، رویکرد کم هزینه این گروه، که جزئیات آن در ژورنال Science به چاپ رسیده است، ساختن آلیاژهای کوچکی با ساختار نانو می باشد که می توان از آن به عنوان ریز خنک کننده و ژنراتور استفاده کرد. محققان این طرح اظهار داشته اند، علاوه بر هزینه بسیار کم طرحشان، این روش به زودی منجر به کاربردهای عملی و پیشرفت هایی درتولید تجهیزات خواهد شد که انرژی کمی مصرف می کنند و یا انرژی خود را حفظ می کنند که درغیر این صورت این انرژی از دست می رفت.

یافته ها نشان می دهد که اثر ترموالکتریکی قابل مهار شدن است. این پدیده از زمان کشف آن در اوایل قرن نوزده میلادی، هم نظر دانشمندان را به خود جلب کرده و هم آنان را از ادامه کار ناامید کرده است. این پدیده به مواد مشخصی اشاره دارد که توانایی تبدیل گرما را به الکتریسیته و بالعکس دارند. اما موانعی بر سر راه استفاده درست از این پدیده وجود دارد: بسیاری از موادی که الکتریسیته را هدایت می کنند قادر به هدایت گرما نیز هستند، بنابراین دمای آنها به سرعت تعدیل می شود. برای بهبود راندمان، دانشمندان به دنبال موادی بودند که قادر به هدایت الکتریسیته باشند اما میزان هدایت گرما در آنها به همان اندازه نباشد.

دانشمندان در دانشگاه بوستون و MIT با بهره گیری از فن آوری نانو، بهبود قابل ملاحظه ای در راندمان اثر ترموالکتریکی در آلیاژ تلوراید آنتیموان بیسموت ایجاد کرده اند - آلیاژ نیمه رسانایی که معمولا از سال 1950 در محصولات تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. بویژه، این گروه افزایش 40 درصدی را در میزان ارزش - اصطلاحی که دانشمندان جهت اندازه گیری کارائی نسبی مواد به کار می برند - این آلیاژ مشاهده کرده اند.

این پروژه به عنوان اولین مورد موفقیت آمیز در طول نیم قرن بوده که موادی با قیمت کاملا مناسب را که بین دمای اتاق تا دمای 250 درجه سلسیوس کار می کنند، به نمایش می گذارد. این موفقیت از دو خصوصیت مهم که یکی هزینه کم و دیگری سازگاری مواد به کار رفته با محیط زیست می باشد، بهره برده است. به گونه ای که می توان در زمانی کم آن را وارد فرآیند تولید کرد که منجر به سرمایش قوی تر و تولید انرژی به صرفه تر می󄙇شود.

ژیفنگ رن، فیزیکدان دانشگاه بوستون و یکی از سرپرستان پروژه، می گوید: "با استفاده از فناوری نانو، راهی یافته ایم تا مواد قدیمی را با تجزیه کردن این مواد و ساخت دوباره آنها در قالب ساختارهایی در مقیاس نانو به شکل انبوه، بهبود بخشیم. این پروژه بسیار کم هزینه می باشد و می تواند برای تولیدات انبوه، مورد استفاده قرار گیرد. این مورد می تواند به عنوان فرصتی برای بهبود راندمان اثر ترموالکتریکی مواد تلقی شود، در حالی که از لحاظ هزینه به صرفه می باشد. "

گانگ چن، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه MIT و دیگر سرپرست پروژه، می گوید: "این مواد ترموالکتریکی پیش از این در بسیاری از موارد استفاده می شدند، اما این ماده ی بهتر تاثیر بیشتری خواهد داشت."

ترموالکتریک، ذاتاً، یکی از موضوعات بسیار جذاب در فیزیک است. به عنوان مثال، گرم کردن یکی از نقاط انتهایی یک سیم، باعث می شود تا الکترون ها به سمت نقطه ای از سیم که گرمای کمتری دارد حرکت کنند و تولید جریان الکتریکی نمایند. و بالعکس عبور جریان از همان سیم باعث می شود تا گرما از ناحیه گرمتر به ناحیه ای با گرمای کمتر هدایت شود. فونون ها، حالتی کوانتومی از نوسانات، نقشی کلیدی را بازی می کنند چرا که فونونها وسیله ی اصلی برای هدایت گرما در مواد جامد عایق می باشند.

تلوراید آنتیموان بیسموت ماده ای است که به طور معمول در محصولات ترموالکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد که دانشمندان آن را در یک غبار نانواسکپیک فشرده کرده و سپس آن را به شکل انبوه در می آورند. وجود دانه ها و بی قاعدگی ها در آلیاژ تجدید ساخت شده، به طور ناگهانی محدوده حرکت فونون ها را کاهش می دهد و اثر ترموالکتریکی را منتقل می کند به طوری که جریان گرمایی را مسدود کرده در حالی که اجازه عبور جریان الکتریکی را می دهد.

مواد ترموالکتریکی توسط ناسا برای تولید انرژی در فضاپیماهایی که دوربرد هستند مورد استفاده قرار گرفته است. این مواد همچنین توسط تولید کننده های صندلی ماشین برای خنک سازی راننده ها در تابستان مورد کاربرد بوده است. صنعت اتومبیل سازی با بهره گیری از آزمایش􈂁هایی در پی استفاده از مواد ترموالکتریکی برای تبدیل گرمای تلف شده در سیستم اگزوز ماشین هستند تا این گرمای تلف شده را به جریان الکتریکی تبدیل کنند تا در تغذیه ی الکتریکی ماشین کمک نماید.

این پژوهش در بیستم مارس 2008 به صورت آنلاین در ژورنال Sceince منتشر شده است. این پروژه توسط دپارتمان انرژی و بنیاد ملی علوم مورد حمایت واقع شده است.

مشاهده ی فشردگی نور توسط دانشمندان
یک تیم پژوهشگر از CEA و دانشگاه de Technologie de Troyes وابسته به CNRS، با میکروسکوپ پلاسمون های روی سطح هادی ها را که 30 نانومتر طول دارند، مشاهده کردند. کاربرد این پلاسمون ها(سیگنال هایی که در مرز بین الکترونیک و اپتیک قرار دارند) در این مقیاس، موضوعی مهم برای کوچک سازی مدارهای الکترونیکی دارد می شود.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران(الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، این اولین باری است که تصاویر با چنین وضوح بالایی برای این پدیده ها، که طی 10 سال گذشته یا بیشتر روی آنها مطالعه شده است، بدست آمده است. این خبر موضوع یک مقاله را تشکیل می داد که در 12 مارس 2008 و طی عنوان خبرهای نانو منتشر شد.

تلاش های فنی مستمری در الکترونیک در حال انجام است تا مدارهای کوچک تر و کوچک تری ساخته شوند که قادر به پردازش اطلاعات در فرکانس های بالاتر و بالاتر باشند. اگرچه دستگاه های الکترونیکی دارند فشرده تر و پیچیده تر می شوند(مانند ریزپردازنده های کامپیوتر)، ولی هنوز فرکانس های کار آنها در حد گیگا هرتز می باشند. فرکانس های نوری یک میلیون برابر بزرگتر از فرکانس های رایج هستند(یعنی در حد 10 به توان 15 می باشند) ولی محدودیت های فضایی مربوط به طول موج نور که حول و حوش یک میکرون می باشد، مانع از کوچک سازی بیشتر طول موج نور می شود.

برای کاهش بیشتر طول موج نور و فشرده کردن نور(که قبلاً این کار انجام گرفته)، یک راه این است که سیگنال نور را به یک پلاسمون تبدیل کرد. پلاسمون پدیده ای است که تمام ویژگی های یک موج نور را دارد به جز اینکه داخل دیواره های هادی فلزی محبوس می ماند. وقتی که ضخامت یک جسم فلزی تا 30 نانومتر کاهش یابد، پلاسمون حالتی ایجاد می کند که اصطلاحاً «مد آهسته» نام دارد. مد آهسته این ویژگی را دارد که با داشتن طول موجی کمتر از طول موج نور، حول و حوش فرکانس موج نور نوسان می کند.

پژوهشگران به مد آهسته ی پلاسمون تمایل دارند زیرا مقیاس آن حول و حوش همان 30 نانومتر است و بنابراین محدودیت های کوچک سازی در الکترونیک به زودی از میان برداشته خواهد شد.

اگرچه اصول این کار قبلاً مشخص شده بود ولی مشاهده ی آنها از راه آزمایش صورت نگرفته بود. وقتی یک پلاسمون که توسط نور تهییج شده در طول هادی پخش می شود، نتایج ثانویه ی مختلفی پدیدار می شوند که شامل گسیل الکترون ها می شود. پژوهشگران برای بدست آوردن این تصاویر از میکروسکوپ PEEM (Photo Emission Electron Microscopy) استفاده کردند.

اولین تصویر، گسیل الکترون از یک سیم طلایی را نشان می دهد. مدولاسیون های شدت پرتو الکترونی در یک لوله ی پرتو کاتدی (intensity modulations) از تداخل بین پلاسمون آهسته و موج نور تحریک نتیجه می شود.

تصویری که با وضوح خیلی بالایی بدست آمده نشان می دهد که مد تحریک پلاسمون آهسته در میله ای با طول 100 نانومتر، توسط نوری با طول موج 807 نانومتر به وجود می آید. این طول موج در مقایسه با طول موج نور (که بین 250 تا 300 نانومتر است) ممکن است تا سه برابر فشرده شده باشد.

با تبدیل اطلاعات از یک سیگنال نوری به یک پلاسمون آهسته, برای ساختارهای نزدیک به 30 نانومتر می توان چنین تصور کرد که فرکانس های نوری بالا را بتوان با ابعاد کلاسیک الکترونیک سیلیکونی تطبیق داد.

برگرفته از اطلاعات گردآوری شده توسط Centre National De La Recherche Scientifique.

جان تی سه، مسئول تحقیقات دانشگاه ساسکاچوان کانادا به همراه همکارانش در آلمان، خانواده جدیدی از ابر رسانا ها را شناسایی کرده اند - پژوهشی که می تواند به طراحی بهتری از مواد ابر رسانا برای کابردهای متنوع و گسترده در صنعت منجر شود.

در مقاله ای که در ژورنال Science منتشر شد، این تیم اولین اثبات آزمایشی خود را ارائه داد مبنی بر اینکه خاصیت ابر رسانایی می تواند در ترکیبات هیدروژن با عنوان مولکول های هیدریدی اتفاق بیفتد.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، تی سه گفت: "می توانیم نشان دهیم چنانچه شما هیدروژن را در یک ترکیب مولکولی قرار دهید و فشار بالایی هم به آن اعمال کنید، می توانید ابر رسانایی را ایجاد کنید. اعتبار این فرضیه و فهمیدن مکانیزم این عمل، قدم های ابتدایی برای طراحی مواد ابر رسانای بهتر می باشد . "

ابر رساناها، بدون هیچ گونه تلفات گرمایی و اصطکاک قادر به هدایت الکتریسیته هستند. جریان الکتریکی، می تواند در یک حلقه از سیم های ابر رسانا جاری شود، بدون اینکه نیازی به منبع انرژی داشته باشد. به عنوان مثالی از وجود مواد ابر رسانا، می توان به آهنرباهایی که در ماشینهای MRI وجود دارند و همچنین آهنرباهایی که بدون هیچ گونه اصطکاک و یا تلفات انرژی به صورت گرما، قادر به شناور کردن قطارهای پر سرعت در بالای ریل ها هستند.

میخائیل ارمتز، یکی از اعضای تیم و عضو موسسه ماکس پلانک آلمان، کارهای آزمایشگاهی را در شناسایی ابر رسانایی در ترکیب هیدروژن سیلان انجام داد. در حالی که تی سه و دانشجوی فارغ التحصیلش یان سون یائو مشغول به انجام کارهای تئوریک برای رسیدن به مکانیزم موجود و شناسایی ساختار شیمیایی موجود بودند.

بسیاری از مواد ابر رسانای تجاری، می باید در دمای پایین عمل کنند که این خود نیاز به تجهیزات پر هزینه خنک کننده دارد.

تی سه ابراز کرد :" پژوهش ما در این زمینه با هدف بهبود دمای بحرانی برای ابر رسانایی است تا ابر رساناهای جدید بتوانند بدون حضور سرد کننده ها در دماهای بالاتری به کار گرفته شوند. "

زمان زیادی است که این فرضیه مورد قبول بوده است که هیدروژن به عنوان ساده ترین عنصر در طبیعت، چنانچه به صورت یک جامد بسیار متراکم و غلیظ فشرده شود قابلیت هدایت الکتریکی را بدون هیچ گونه اصطکاک و تلفات گرمایی دارد (رفتار ابر رسانایی). بنابراین بسیاری از دانشمندان در تلاش برای رسیدن به هیدروژن خالص هستند. درحالی که قادر به دستیابی به میزان چگالی هیدروژن مور دنیاز برای ابر رسانایی نیستند.

به جای استفاده از هیدروژن خالص، تیم کانادایی - آلمانی، از نظریه سابق پروفسور نیل اشکرافت از دانشگاه کرنل بهره برده اند تا موکلولهای هیدرید را فشرده کنند. آنها قادر به رسیدن به غلظت مورد نیاز در فشاری کمتر از میزان مورد نیاز در هیدروژن خالص هستند.

در پژوهش مربوطه، تیم تی سه، از سینکروترون (دستگاه‌ تقويت‌ وتسريع‌ ذرات‌ بار دار الكتروني‌) مربوط به Canadian Light Source، برای مطالعه ساختارهای فشار بالای موجود در دیگر سیستم های هیدریدی بر روی ابر رسانایی بالقوه و کاربرد آنها در ذخیره سازی هیدروژن برای سلولهای سوختی استفاده می کنند.

دانشمندان شکل جديدي از مدارات مجتمع سيليکوني را توسعه داده اند که مي توانند به دور اشکال پيچيده اي نظير کره، اعضاء بدن و بال هاي هواپيما پوشانده شوند، و در حين کشش، فشار، خمش و ساير تغيير شکل هاي مکانيکي بدون نقصان در عملکرد الکتريکي، کار کنند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، پروفسور جان راجرز، موسس مهندسي و علم مواد در دانشگاه ايلينويز، ابراز داشت: "تصور آن که سيليکون، به خاطر شکننده بودن ذاتي خود نمي تواند در اين چنين كاربردهايي به كاررفته باشد، ديگر وجود ندارد. با طرح هاي دقيق بهينه شده مکانيکي و آرايش هاي ساختاري، مي توانيم از سيليکون در مدارات مجتمعي به طور کاملا خمشي و کششي استفاده نماييم". راجرز نويسنده مقالاتي است که در مجلات علمي پذيرفته شده و در وب سايت Science Express منتشر گرديده است.

راهبرد هاي جديد طراحي و ساخت را مي توان در توليد سيستم هاي نظارتي بر سلامت فردي و درمان شناسي، و يا در سيستم هاي پوششي قطعات مکانيکي نظير بال و بدنه هواپيما براي مشاهده خواص ساختاري به کار گرفت.

در دسامبر سال 2005 ، راجرز و گروه تحقيقاتي وي در.U. of I، پيشرفتي از شکل تک کريستالي قابل کشش سيليکون در يک بعد در اندازه ميکرون را گزارش کردند که هندسه اي موجي شکل داشت. آن ساختار، کشش معکوس را در يک جهت بدون تغيير قابل توجه در خواص الکتريکي را ممکن مي ساخت، ولي اين امر تنها در سطح عناصر و تجهيزاتي با ماده منفرد امکان پذير بود.

حال راجرز و همکاران وي در.U. of I، دانشگاه نورث وسترن، و موسسه High Performance Computing در سنگاپور، تعميم از اين مفهوم موجي را در دو بعد و سطحي پيشرفته تر براي نيل به سيستم هاي مدارات مجتمع کاملا کاربردي ارائه داده اند.

راجرز که محقق موسسه بکمن و آزمايشگاه تحقيقاتي مواد در دانشگاه فردريک سيتز نيز مي باشد مي گويد: "ما از حد مواد مجزا و دستگاه هاي منفرد فراتر رفته ايم تا مدارات مجتمع را براي استفاده در سيستم هايي با سطح دلخواهي از پيچيدگي به کار گيريم. مفهوم موجي هم اکنون با طرح هاي بهينه شده مکانيکي و مجوعه اي متنوع از مواد به هم مي پيوندد و اينها همگي در سيستم هايي که از نظر فضايي ضخامت متغير دارند و داراي مواد مختلف هستند جمع بسته شده اند. رويه کمانش کلي شکل هاي موجي ايجاد مي کند که از مکاني به مکان ديگر روي مدارات مجتمع به طور پيچيده ولي قابل پيش بيني از نقطه نظر تئوري تغيير مي کند. کسب درجه ي بالايي از انعطاف پذيري و يا خمش پذيري مکانيکي، براي تقويت اشکال موجي مهم است. هرچه مدارات تحت خمش مقاوم تر باشند، راحت تر اشکال موجي را مي پذيرند و اين امر قابليت کشيدگي کلي را ممکن مي سازد. براي اين هدف، ما از صفحات مداري فوق نازک استفاده مي کنيم تا بيشتر مواد شکستني را در يک صفحه بي اثر جاي دهيم که اين کار ميزان معرض آن ها در مقابل کرنش هاي مکانيکي را کاهش مي دهد."

براى ايجاد مدارهاى مجتمع كاملاً كششي، محققين با بكار بردن يك لايه فدا شونده پليمر روي زير لايه صلب حامل شروع مى كنند. بر روي لايه فدا شونده، پوششي بسيار نازک از پلاستيک قرار مي دهند که از مدارهاى مجتمع حفاظت نمايد. اجزاء مدار سپس با استفاده از فنون سنتي براي ساخت قطعه صفحه اي ايجاد مي شوند تا آرايه هاي غير رشته اي کريستال هاي منفرد نيمه هادي سيليکون را در يک رديف هم تراز کنند. ضخامت مجموع عناصر مدار و پوشش پلاستيکي حدود 50 بار از قطر تار موي انسان کوچک تر است.

سپس لايه فدا شونده پليمر، جدا شده و پوشش پلاستيکي و مدارات مجتمع به تکه اي از لاستيک سيليکوني از پيش کرنش دار شده متصل مي گردند. در انتها اين کرنش آزاد مي شود و از آنجايي که لاستيک به شکل اوليه خود باز مي گردد، تنش هايي فشرده را به صفحه مدار اعمال مي نمايد. اين تنش ها به طور خود به خود الگويي پيچيده از کمانش را منجر مي شوند، تا هندسه اي ايجاد گردد که خمش يا کشش مدارات را در راستا هاي مختلف ممکن سازد و تنوعي از شکل هاي پيچيده را مطابق سازد و يا تغيير شکل هاي مکانيکي حين استفاده را همساز نمايد.

محققين مدارهاي مجتمعي شامل ترانزيستور ها، اوسيلاتور ها (نوسان کننده ها)، گيتهاي منطقي و آمپلي فاير (تقويت کننده) ها را ساختند. مدار ها نهايت ميزان خمش و کشش پذيري را از خود نشان دادند و خواص الکترونيکي آن ها با خواص مدارات ساخته شده با ويفرهاي سيليکوني سنتي قابل قياس بود.

راهبرد هاي طراحي و ساخت جديد نماينگر طرق عمومي و فزاينده جهت توليد ابزار الکترونيکي قابل خمش و کشش با عملکرد بالاست که مي توان آنها را با مواد الکترونيکي معدني که ترد و شکننده هستند در آميخت و استفاده از آنها را خاتمه داد.

راجرز مي گويد: ما فضايي با طرحي مهندسي براي الکترونيک و اپتو الکترونيک گشوده ايم که به خوبي فراتر از ساختار هاي خطي در ويفرهاي نيمه هادي رفته است.

در یک نانو لوله ی کربنی، الکترون ها می توانند به طور ساعتگرد یا پادساعتگرد حول لوله بچرخند. ظاهراً به نظر می رسد که ویژگی حرکت اسپینی الکترون(چرخش به دور خود) نیز خاصیتی مشابه داشته باشد ولی طی پژوهشی که فیزیک دانان دانشگاه کرنل انجام دادند معلوم شد که این طور نیست.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران(الکترونیوز) و به نقل از فیزورگ، طبق پژوهش انجام گرفته، پژوهشگران که امیدوار بودند از نانو لوله های کربنی برای محاسبات کوانتومی استفاده کنند احتمالاً بایستی روش های خود را عوض کنند. گفتنی است برای انجام محاسبات کوانتومی با استفاده از نانو لوله های کربنی، اسپین یک اتم نشانگر یک بیت داده می باشد.

فیزیک دانان دانشگاه کرنل دریافتند که اسپین یک الکترون در یک نانو لوله کربنی تزویج می شود یعنی با مدار چرخش الکترون اثر متقابلی دارند. این یافته به این معنی است که پژوهشگران مجبور خواهند بود روش بازخوانی اسپین یا تغییر اسپین را تغییر دهند ولی این یافته، روشی جدید ارائه می دهد که با کنترل مدار چرخش الکترون، اسپین هم قابل کنترل خواهد بود.

این پژوهش در 27 مارس در ژورنال نیچر، توسط اساتید فیزیک دانشگاه کرنل به نام های پل مک یوئن و دنیل رلف و پژوهشگران اسبق این دانشگاه به نام های شهل ایلانی که هم اکنون در مؤسسه ی علوم وایمن اسرائیل فعالیت می کند، و فردیناند کوئیمیث که هم اکنون در دانشگاه هاروارد حضور دارد، گزارش شده است.
نانو لوله های کربنی، استوانه های خیلی ریزی هستند که سطوح جانبی آنها از اتم های کربن ساخته می شود که نهایتاً شکلی شبیه به آرایش شش ضلعی های به هم وصل شده را که تقریباً شبیه یک شبکه ی سیمی لوله شده می باشد، به وجود می آورند. به جای چرخش الکترون های تنها حول هسته ی یک اتم، اتم های آزاد یک نانو لوله پیرامون محیط دایروی لوله می چرخند. در ضمن، اسپین الکترونی که می چرخد می تواند دو جهت داشته باشد. تاکنون فیزیک دانان اعتقاد داشتند که چهار حالت ممکن برای یک الکترون، همگی با یکدیگر هم ارزند. این چهار حالت از ترکیب دو حالت برای اسپین(در جهت های بالا و پایین) و دو حالت برای جهت چرخش الکترون ها(ساعتگرد و پادساعتگرد) حاصل می شود. پژوهشگران برای امتحان این ادعا، با استفاده از «تسهیلات علم و فن آوری نانو مقیاس دانشگاه کرنل(CNF)»، یک دستگاه ریزی ساختند که شامل یک نانو لوله ی کربنی است با قطر 5 نانومتر و طول 500 نانومتر که بین دو الکترود قرار دارد و این لوله بالای یک ساختار سیلیکونی قرار دارد تا بتواند بارهای الکتریکی مختلفی به لوله تحویل دهد. طراحی این دستگاه امکان ساخت نقطه های کوانتومی را میسر کرد. نقطه های کوانتومی متشکل از تعدادی الکترون است که در طول مسیر به یک الکترون کاهش می یابد.

پژوهشگران با اعمال یک میدان مغناطیسی در طول محور لوله و اندازه گیری جریان گذرنده توانستند سطوح انرژی الکترون ها را در چهار حالت ممکن که از ترکیب اسپین و مدار چرخش به وجود می آمد، مشخص کنند. آنها دریافتند که با تغییر جهت چرخش الکترون، انرژی هم تغییر می کند. جهت چرخش الکترون روی اسپین تأثیر می گذارد و بر عکس.

ایلانی گفت: "با وجود این، نمی توان استفاده از نانو لوله ها در محاسبات کوانتومی را کنار گذاشت بلکه باید قوانین جدیدی برای طراحی آنها در نانو لوله ها مشخص کرد. از نقطه نظر فیزیک پایه این نکته جالب توجه است که ا