Возможна ли сверхбыстрая электроника?

Как показывают результаты последнего исследования, проведённого в Университете Гётеборга (Швеция), графен и углеродные нанотрубки способны улучшить современную электронику, используемую при сборке компьютеров и мобильных телефонов.

Об углеродных нанотрубках и графене сегодня знают даже малыши: это чисто углеродные материалы, обладающие уникальными свойствами; если графен суть моноатомный плоский слой, то углеродные нанотрубки могут быть представлены как тот же слой, закатанный в трубочку. По словам учёных,

если растянуть лист графена за оба конца, то он начнёт осциллировать с частотой в миллиард колебаний в секунду. Этот же частотный диапазон используется радио, мобильными телефонами и компьютерами. Существует убеждение, что ограниченный размер и вес этих углеродных материалов помогут дальнейшей миниатюризации электронных схем и снижению их энергопотребления.

graphene_into_nanotube.jpg Рис. 1. Углеродная нанотрубка на листах графена. Их структурное подобие более чем очевидно. (Иллюстрация NanoSource).

Но вернёмся к осциллированию. Высокая частота механических резонансных колебаний означает, что углеродные нанотрубки и графен способны принимать радиосигналы. Вопрос, однако, в том, могут ли эти материалы быть использованы для производства данного типа сигналов контролируемым и эффективным образом.

В своём исследовании учёные из Гётеборга провели математический анализ, показавший, что нанопровод может быть относительно просто подключён к электронной схеме и приведён в состояние механической самоосцилляции путём приложения внешнего магнитного поля. При этом происходит одновременная конвертация прямого тока в переменный с частотой, равной частоте механических колебаний.

Попутно вспомним, что все механические струны обладают гармониками (которые придают различным музыкальным инструментам их особый звук). Так вот, одним из результатов этого исследования стало то, что нанопровода способны самоосциллировать в одной из этих гармоник, причём изменение гармоники достигается изменением размера одного или нескольких электронных компонентов схемы.

Ну а отсюда теоретически вытекает достижимость бесконечного числа гармоник с неограниченно высокими частотами… Что, конечно же, не так. Подавать сигналы в терагерцевом диапазоне с триллионом осцилляций в секунду (на границе между микроволнами и ИК-излучением) с использованием описанного метода не представляется возможным. Но учёные всё-таки надеются достичь этого в ближайшем будущем, и это будет означать создание сверхбыстрой электроники, которая с позиций нынешнего дня выглядит сущей научной фантастикой…

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.9 (10 votes)
Источник(и):

1. Университет Гётеборга

2. compulenta.ru



OSV аватар

Об углеродных нанотрубках и графене сегодня знают даже малыши.

Так как мне приходилось исследовать и графит, и нитрид бора, и анализируя зависимость из свойств от микроструктуры удалось исправить модель их кристаллической решетки, то серьезные исследователи за рубежом, занимающиеся выращиванием нанотрубок из этих материалов, давно ко мне обращались за консультациями и просили прислать оригинальные рисунки из моей с Шарупиным Б.Н. статьи. И ребята из Лос-Аломос, чтобы вырастить нанотрубку из нитрида бора рекордной длины 4 см, детально интересовались не учитываемой ранее введенной мной межслоевой орбиталью. И бывший когда то моим молодым соавтором в App.Phys., ныне японский профессор Тошу Кавахара, когда занялся выращиванием графитовых нанотрубок. Но, как говорится, нет пророков в своем отечестве. Мои коллеги, когда похвастались, что издали в Шпрингере книгу по нитридам, оказалось включили в неё ошибочную американскую статью, с которой я когда то начинал анализ. Статью, вышедшую за 25 лет до нашей публикации с советском физическом журнале включили, а её исправление – нет. Так что ж осуждать непрофессионалов – корреспондентов, если они, вслед за «открывателями» графена (см. «Графеновый вирус» на rusnor.org) сами уже «открыли» – белый графен из нитрида бора. Что же их осуждать, что они, заявляя, что о графене знают даже малыши, сами того не подозревая они и есть малыши. Если, как уже писал на rusnor.org, даже из абстрактов большинства научных публикаций видно, что свойства нано-объектов ошибочно пытаются «объяснять» в рамках макроскопических представлений, то, казалось бы, что тогда придираться к научно-популярным заметкам непрофессионалов.
Когда делегация из сеульского университета заглянула ко мне в лабораторию, то достаточно было непродолжительной беседы с этими молодыми ребятами, чтобы они уловили суть корректного подхода к рассмотрению нано-эффектов и стали просить меня объяснить эффекты на выращенных у них графитовых нанотрубках. Но если уж потратил немного времени на бестолковых корейцев японцев и прочих шведов, то грешно не исправить ошибки, внушаемые русским ребятам (хотя это несколько мешает сосредоточиться на решении реальных проблем нано-масштаба, которые приходится решать в наших российских условиях, когда офисы для Чубайса и Сколково строят, а науку финансируют по остаточному принципу, когда наши самолеты и ракеты теряют управление и падают, а российские инвестиции в авиацию направляют на развитие Боинга). И так.

  1. «Всем известно об уникальных свойствах нано» – Как может быть всем известно то, что еще пытаются понять.
  2. «Если растянуть лист графена» – Чтобы растянуть моноатомный слой графита (или нитрида бора) нужно преодолеть атомные силы связи, которые разрушаются, скажем температурой 4000С, или давлением порядка 100 тонн на см2 для каждой поверхности этой пленки. Поэтому и выращивают моноатомные слои на подложках, которые своими атомными связями удерживают слой в виде пленки.
  3. «Рисунок» – Моноатомный слой графита и нитрида не плоский, он гофрирован, правда не как предполагали ранее, из электронно-микроскопических измерений, американцы – синфазно в соседних слоях кристалла, а в противофазе в соседних слоях за счет межслоевых связей (расщепление кристалла нитрида бора в темноте наглядно демонстрирует разрыв этих связей, приводящий к голубой триболюминисценции).
  4. «Высокие частоты» – Максимальная частота атомных колебаний (2 соседних атома – примерно 2,5А) в этих материалах не миллиард герц, а на 5 порядков выше в слое и немного (в полтора раза) ниже – поперек слоя. Но в графите они не полярные – с электрическим полем слабо взаимодействуют. Если взять нанотрубку длиной 25 мкм, то получим резонанс на мегагерце. Если взять две таких ниточки и подать на них плюс и минус, то можно их конечно использовать как резонатор-преобразователь, но при чем здесь нано-эффект. Это обычное макроскопическое рассмотрение. А специфика нано-колебаний никак не учитывается (в том числе и разработчиками).
  5. «Наноосцилляции» – Единственная полезная информация, но никак не раскрыта, т.к. видимо и сами авторы еще не поняли. На эту тему можно пофантазировать, но предпочитаю работать сначала с массивом реальных экспериментальных данных, а затем фантазировать-моделировать.