NanoWeek #10: 18 - 23 марта 2008

nanoWeek

Уважаемые читатели!

Основным событием прошедшей недели стал, без сомнения, доклад Сергея Иванова на Совете Федерации. На нем мы остановимся подробнее в разделе События и выделим все ключевые заявления вице-премьера.

Среди научных достижений стоит отметить новый способ создания наноматериалов, методом «выбивания» отдельных атомов. Также мы расскажем, что нового появляется в развитии наноэлеткронной индустрии.

Итак, обо всех событиях недели с 18 по 23 марта 2008 года подробнее!


Материаловедение

Выбивание атомов из нанотрубкиВыбивание атомов из нанотрубки

Нанотехнологи из Франции (университет University Paris-Sud) открыли новый способ изготавливать наноматериалы с высокой степенью точности благодаря сканирующей электронной микроскопии.

Сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия (STEM) обычно не повреждает атомы, изучая их. Однако если существенно повысить энергию электронного луча, то он сможет выбивать отдельные атомы из образцов. Один из исследователей, Альберто Зобелли, поясняет, что после выбивания атомов высокоэнергетическим лучом ученые смогли перевести микроскоп в режим сканирования и тут же получить картинку наноструктуры.

Дело в том, что успешность работы микроскопа с нанообъектом зависит также от геометрии последнего. Так, если атом находится на конце или в центре нанотрубки, приходится это учитывать для успешного его удаления. При этом пространственное разрешение микроскопа составляет 0,5 нанометров.

Самое интересное, что после таких дефектов нанотрубка старается сама перестроиться, изменяя структуру связей между атомами углерода. В результате получаются изгибы и деформации образца. Так, обработанная нанотрубка может иметь даже полупроводниковую структуру, формируя диод Шоттки!

Образец прозрачной нанокерамикиОбразец прозрачной нанокерамики

Концепции получения прозрачной для видимого света керамики были разработаны 40 лет назад, однако до сих пор контролируемый синтез подобных материалов с требуемыми параметрами является сложной задачей. Такая керамика при достижении высокого качества изготовления могла бы использоваться, в частности, для производства лазеров (YAG, Nd:YAG, Yb:Y2O3 и т.п.). Качественная прозрачная керамика обычно получается из веществ, имеющих кубическую кристаллическую структуру, т.к. в ней можно избежать рассеяния света из-за эффекта двойного лучепреломления. В принципе, чем меньше размер зерен и число дефектов, тем выше должна быть прозрачность материала.

Для получения плотной прозрачной керамики необходимо использовать нанопорошки и проводить спекание при достаточно низких температурах, чтобы избежать значительного роста зерен. Исследователи из University of Michigan и Sandia National Laboratories (США) получили нанопорошки Y2O3 , допированного иттербием, тулием и ербием, методом пиролиза аэрозолей и изготовили из них образцы прозрачной керамики.

По мнению ученых, такой материал может быть использован для создания, ни много ни мало, 3D дисплея. Принцип действия у него следующий. Берется полая оболочка (лучше сфера), по поверхности которой упорядоченно распределены пиксели люминофора, обладающего свойством повышающего преобразования частоты. Тогда при освещении пикселей изнутри лазером, они начнут светиться в видимом диапазоне, что мы и увидим снаружи. Пиксели не должны быть больше 50 мкм, и их необходимо разделить неизлучающим материалом. Такую матрицу можно попытаться изготовить путем экструзии полимера, содержащего частицы люминофора. В общем, осталось только научиться прессовать таблетки микронных размеров, и можно будет делать из них пиксели.

Ученые, изучающие физические явления на наноуровне, хорошо знают, что «припаять» контакты к единичной органической молекуле зачастую намного сложнее, чем синтезировать саму молекулу. Поэтому создание электродов, зазор между которыми составлял бы всего несколько нанометров, уже превратилось в самостоятельную задачу, над решением которой бьются ученые во всем мире.

Исследователи из Университета им. Райса разработали новый метод создания таких электродов . Они использовали хорошо известное свойство металлического хрома образовывать на воздухе оксидную пленку толщиной несколько нанометров. Отличительной особенностью метода является возможность контролировать не только величину зазора, но и протяженность электродов, т.е. их аспектное отношение. Впервые в практике подобных исследований были получены электроды с величиной зазора от 10 до 20 нм (в зависимости от условий синтеза) и протяженностью до 20 мкм.

Полученные по новой методике электроды могут быть использованы для изучения электро-физических свойств ансамблей органических молекул и в частности – органических монослоев.


Нанобиотехнологии

Изображение бактериофага Epsilon15Изображение бактериофага Epsilon15

Группа американских исследователей под руководством Вэнь Цзяна, профессора из университета Пардью, разработала новую технику, которая позволяет фотографировать микроорганизмы с разрешением всего в 4,5 ангстрема . Это значение меньше длины видимого света примерно в тысячу раз!

Посредством обычных технологий этого достичь не удаётся. Так, при использовании рентгеновской аппаратуры приходится как-то манипулировать с изучаемым образцом, нарушая при этом его целостность. При электронной микроскопии пучок электронов, с помощью которого получается картинка, сам в той или иной мере повреждает образец.

В cryo-EM также используются электронные микроскопы, ибо электроны по сравнению с частицами обычного света — фотонами — обладают гораздо меньшей длиной волны, что необходимо для построения изображения объектов малой величины. Но изучаемые объекты берутся не в обычном состоянии, а в замороженном. В результате обследования находящийся в таком виде вирус (или другой объект аналогичного масштаба) повреждается намного меньше. Кроме того, учёные использовали ряд ухищрений, которые позволили делать изображения в трёхмерном виде, а также увеличить время экспозиции, чтобы получать ещё более чёткие снимки.

Считается, что электроника будущего должна соответствовать ряду условий. Вычислительные устройства должны быть быстродействующими и экономичными, а их производство – экологически чистым. Большие надежды возлагаются на так называемую молекулярную электронику, в частности, основанную на использовании биомолекул.

AND-элемент на основе ДНКAND-элемент на основе ДНК

Создание молекулярных логических элементов – узкое место в деле построения молекулярных вычислительных устройств. Одной из существенных проблем логических элементов на основе рибозимов, ферментов или оптических материалов является различная природа входящего и исходящего сигнала, в отличие от электронных систем, в которых используется общий сигнал ввода и вывода (электрон). Поскольку вывод одного молекулярного логического элемента неприменим в качестве ввода для другого, возникают очевидные проблемы с объединением таких элементов в более-менее усложненные логические системы.

Американские исследователи попытались обойти эту проблему, сконструировав логические элементы на основе ДНК. Прежде всего, они создали элементы AND (и), OR (или) и XOR (исключающее или). В качестве ввода для этих элементов используются фрагменты ДНК около 24 нуклеотидов длиной; в качестве вывода – тоже олигонуклеотиды.

Продемонстрировав работу логических элементов, ученые приступили к конструированию более сложных логических систем. Первым делом они создали полусумматор, состоящий из элементов XOR и AND. Полусумматор – это логическая схема, которая складывает две двоичные цифры и выдаёт на выходе ноль, единицу либо сигнал переноса разряда. Для реализации такой схемы авторы смешали в одной пробирке компоненты элементов XOR и AND, пометив выводы для этих элементов двумя различными красителями. Добавляя один, второй или оба ввода и детектируя появление флуоресценции, исследователи убедились, что полусумматор работает верно.


Наноэлектроника

Углеродные нанотрубки могут вытеснить медь в качестве материала для межсоединений (соединения между транзисторами в КМОП-микросхеме), сообщила на днях группа исследователей из Политехнического института Ренсселера.

Построенная ими компьютерная модель (на суперкомпьютере мощностью 100 терафлоп), учитывающая квантово-механические эффекты, позволила ученым сделать вывод о неспособности медных межсоединений соперничать по производительности с углеродными нанотрубками для микросхем, произведенных с применением норм 45-нм процесса.

Исследователи рекомендовали использование пучков углеродных нанотрубочек в качестве межсоединений для микросхем, поскольку они могут обеспечить меньшее сопротивление и соответственно меньшее выделение тепла. Этот эффект, по мнению руководителя группы Сароя Наяка, недооценивается многими исследовательскими коллективами, которые не способны построить точные компьютерные модели полупроводниковых схем и оценить преимущества углеродных проводящих структур над металлическими.

Привыкшие подчиняться закону Мура и удваивать плотность упаковки информации каждые два года разработчики компьютерных чипов внезапно споткнулись о 32-нм барьер. У нс на сайте – статья о том, как не просто преодолевать столь ничтожно малые барьеры .

Энергонезависимые, электрически перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства, ЭППЗУ (в просторечии – просто «флэшки»), по объёму продаж давно обошли все прочие изделия полупроводниковой микроэлектроники. Попросту говоря, именно флэшки (а вовсе не многоядерные процессоры Intel или AMD) определяют огромную доходность компьютерного бизнеса. В частности потому, что каждый потребитель, как минимум, раз в два года обязательно поменяет модель мобильного телефона, или MP3, или просто купит новую флэшку со все большим объемом памяти.

Даже в нашем 21-веке учёные еще и близко не подошли к той плотности упаковки информации, которую Природа сотворила много-много миллионов лет тому назад (и — что самое удивительное — никто до сих пор не знает, как она умудрилась это сделать). Речь, конечно, идёт о биомолекулах, среди которых главной, безусловно, можно признать молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Хотя и просто рибонуклеиновая (РНК) молекула (митохондриальная) может многое «рассказать» обитателям Земли об их происхождении (она помнит, но мы еще не умеем говорить на ее языке!). Но в статье речь пойдет не об РНК- памяти, а об электронной. Рекомендуем к прочтению.


Бизнес

Госкорпорация «Внешэкономбанк» делает ставку на финансирование крупных технологических проектов, в первую очередь на транспорте, в энергетике и в сфере нанотехнологий.

Об этом сообщил сегодня первый заместитель главы «Внешэкономбанка» Николай Косов. Он сообщил, что банк в ближайшие полгода «сохранит присутствие на открытом рынке в пределах 150—170 млрд рублей». «Но затем все деньги будут направлены на инвестирование конкретных проектов», — подчеркнул Косов.

По его словам, одним из приоритетных направлений банк считает участие в региональных проектах и для этого планирует создавать региональную сеть представительств и отделений.

Беспрецедентные расходы, связанные с исследованиями и разработками 45-нм (и ниже) технологии в производстве компьютерных чипов, заставляют компании на этом этапе объединять и интеллектуальные, и финансовые средства. Так, в возглавляемые компанией IBM консорциум SOI и Fishkill alliance входят 21 и 12 компаний, соотвественно. Впереди у них проблемы с разделением интеллектуальной собственности и будущих доходов. Возросшая конкуренция на компьютерном рынке заставляет европейские компании задуматься о конструктивной стратегии – объединяться или идти в одиночку ?

Joseph Borel, бывший вице-президент Центра исследований и разрабоок швейцарской компании STMicroelectronics, теперь сотрудник консалтинговой компании JB-R&D, предложил объединиться трем ведущим европейским компаниям-чипмейкерам – NXP Semiconductors (Голландия), STMicroelectronics (Швейцария) и Infineon Technologies (Германия) – в одну европейскую суперкомпанию-чипмейкера. Borel подготовил и отправил в Сенат Франции и в офис президента Николя Саркози 12-тистраничный анализ-предложение.

Borel считает, что европейской полупроводниковой промышленности приходится делать невероятные усилия, чтобы не потерпеть крушение в ситуации жесткой конкуренции на мировом полупроводниковом рынке. Ситуацию может стабилизировать создание суперкомпании, финансово и интеллектуально способной противостоять азиатским и американским компаниям-гигантам и всевозможным стратегическим альянсам. Объединение трех ведущих европейских компаний (NXP, ST и Infineon) можно начать через совместное участие в реализации общеевропейской иследовательской программы в области микроэлектроники – CATRENE.

Производители солнечных ячеек готовят человечество к ситуации, когда Солнце будет светить не только днем с неба, но и ночью из домашних светильников. «Солнечная фотовольтаическая промышлнность достигнет сетевого паритета 1 в течение 5 лет» — это предсказание принадлежит Stephen O'Rourke, главному аналитику по полупроводниковому оборудованию и материалам Дойчес Банка.

Несмотря на жалобы компаний-производителей солнечных ячеек на нехватку исходного сырья — поликристаллического кремния, емкость установленных в 2007 г. солнечных фотовольтаических панелей достигла рекордного значения – 2826 МВт, что на 62% выше достижения 2006 г. (согласно оценкам компании Solarbuzz LLC, занимающейся консалтинговыми услугами в области солнечной энергетики). Общее производство поликристаллического кремния в 2007 г. возросло на 30%, в течение года стартовало более 20 новых производств поликремния. Общий объем «солнечного» рынка в 2007 г. составил 17,2 млрд. долл. Японские производители уступили первую позицию Китаю, произведя 26% мировой продукции солнечных элементов в сравнении 35% китайских производителей.

Компании соревнуются в емкости электроэнергии, генерируемой произведенными ими солнечными элементами, а исследователи – в максимальной достигнутой эффективности преобразования солнечного излучения в электрический ток.


События

Сергей ИвановСергей Иванов

Важнейшим событием прошедшей недели стал доклад Сергея Иванова 19 марта на Совете Федерации. На нем Сергей Иванов неоднозначно заявил: «Продукция на основе нанотехнологий – это не нанопурга, а реальность». Но пока, по его словам, нанотехнологии освоили только жулики, которые уже рекламируют всевозможные нанокремы. «Никто не знает, что будет с вашей рукой, когда вы их намажете. И никакого нано там нет. Просто модное слово взяли», – предупредил первый вице-премьер. Другие жулики тем временем пытаются покуситься на 130 млрд. рублей, которые государство выделило госкорпорации «Российские нанотехнологии», и представляют «завиральные и фактически неосуществимые проекты».

По его словам, объем продаж российской нанопродукции к 2015 году может составить около 900 млрд руб. Об этом заявил первый заместитель председателя Правительства Сергей Иванов, выступая в Совете Федерации в рамках правительственного часа, сообщила пресс-служба кабинета министров.

«Наша доля в этом сегменте мирового рынка достигнет 3%, — отметил Сергей Иванов. — Финансирование процесса формирования производственно-технологической базы наноиндустрии будет осуществлено на уровне 180 млрд руб.».

В качестве одной из главных задач государства первый вице-премьер указал на необходимость «скорейшего принятия программы развития наноиндустрии в РФ до 2015 года».

На первом этапе ее реализации, подчеркнул Сергей Иванов, в 2008—2011 годах должны быть сформированы конкурентоспособный сектор исследований и разработок в области наноиндустрии и эффективная система коммерциализации создаваемых объектов интеллектуальной собственности. На втором этапе (2012—2015 годы) предусмотрено обеспечение условий для крупномасштабного наращивания объемов производства наноиндустрии.

В госкорпорацию «Роснанотех» уже поступило более 300 обращений с предложением о финансировании инвестиционных проектов.

«Как видите, заявок уже огромное количество», — отметил он, добавив, что «Роснанотех» начнет принимать инвестиционные проекты на рассмотрение с 1 апреля. При этом Иванов сообщил, что общая сумма финансирования инвестиционных проектов превышает превышающую одну треть уставного капитала госкорпорации, составляющего 130 млрд рублей.

Первый вице-премьер отметил, что время рассмотрения каждого проекта не должно превышать 90 рабочих дней. По истечение этого срока, правление или наблюдательный совет госкорпорации, принимает решение о целесообразности финансирования того или иного проекта.

Также на базе Московского государственного университета (МГУ) в скором времени будет создана магистратура по нанотехнологиям.

«Мы решили, в том числе на базе МГУ, открыть магистратуру по нанотехнологиям, куда будут собираться талантливые перспективные бакалавры со всех вузов страны», — заявил Сергей Иванов, добавив, что это будут и физики, и химики, и медики, и информационщики. «И вот уже на стадии обучения в магистратуре они будут осваивать эту междисциплинарную науку», — сообщил первый вице-премьер.


Итак, наш десятый выпуск подошел к концу!

Напоминаем, что если у вас есть какие-либо замечания или пожелания насчет состава рубрик или того, что бы вы хотели видеть в следующих выпусках – пишите !

До встречи через неделю!

Составитель – Свидиненко Юрий

Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов


Категории статьи