מה זה ננו-אלקטרוניקה ואיך זה עובד

תחום האלקטרוניקה העוסק בפיתוח יסודות טכנולוגיים ופיזיים לבניית מעגלים אלקטרוניים משולבים בגודל אלמנטים של פחות ממאה ננומטר, נקרא ננו-אלקטרוניקה. המונח "ננו-אלקטרוניקה" עצמו משקף את המעבר מהמיקרואלקטרוניקה של מוליכים למחצה מודרניים, שם נמדדים גדלי האלמנטים ביחידות של מיקרומטר, ליסודות קטנים יותר - בגדלים של עשרות ננומטרים.

עם המעבר לסולם ננו, השפעות קוונטיות מתחילות לשלוט בתכניות, חושפות מאפיינים חדשים רבים, ובהתאם לכך, מסמנות את סיכויי השימוש השימושיים שלהם. ואם לגבי השפעות קוונטיות של מיקרואלקטרוניקה נותרו לרוב טפילים, מכיוון למשל, עם הירידה בגודל הטרנזיסטור, אפקט המנהרה מתחיל להפריע לפעולתו, אז ננו-אלקטרוניקה, נהפוך הוא, נקראת להשתמש באפקטים כאלה כבסיס לאלקטרוניקה מבנויה בננו-הטרוס.

כל אחד מאיתנו משתמש באלקטרוניקה מדי יום, ובוודאי שאנשים רבים כבר שמים לב לכמה מגמות מוגדרות. הזיכרון במחשבים הולך וגובר, המעבדים מתייעלים, גודל המכשירים הולך ופוחת. מה הסיבה לכך?

ראשית כל, עם שינוי במימדים הפיזיים של אלמנטים של מעגלי מיקרו, מהם בעצם כל המכשירים האלקטרוניים בנויים. למרות שהפיזיקה של תהליכים נותרה זהה היום בערך, גדלי המכשירים הולכים ונעשים קטנים יותר. מכשיר מוליכים למחצה גדול פועל לאט יותר וצורך יותר אנרגיה, וננו-טרנזיסטור - ועובד מהר יותר וצורך פחות אנרגיה.

ננו-טכנולוגיה מודרנית בוידאו:

ידוע כי כל הגופים החומריים מורכבים מאטומים. ומדוע האלקטרוניקה לא מגיעה לסולם האטומי? תחום אלקטרוניקה חדש זה יאפשר לפתור בעיות כאלה על בסיס סיליקון קונבנציונאלי פשוט בלתי אפשרי לפתור.

מעניין מאוד זה גרפן וחומרים חד-שכביים דומים (ראה מאמר - תכונות בלתי צפויות של פחמן מוכר) לחומרים כאלה, בעובי אטום אחד, יש תכונות מדהימות שניתן לשלב ליצירת מעגלים אלקטרוניים שונים.

לדוגמא, טכנולוגיות הקשורות למיקרוסקופיה של בדיקות מאפשרות לבנות מבנים שונים של אטומים בודדים על פני מוליך בוואקום גבוה במיוחד על ידי סידור מחדש של אותם. מה לא הבסיס ליצירת מכשירים אלקטרוניים מונומטיים?

מניפולציות של חומר ברמה המולקולרית כבר השפיעו על תעשיות רבות, הן לא עקפו את האלקטרוניקה. מעבדים מיקרו ומעגלים משולבים בנויים כך. מדינות מובילות משקיעות בהמשך פיתוח מסלול טכנולוגי זה - כך שהמעבר למצב ננו מתרחש מהר יותר, רחב יותר ומשתפר עוד יותר.

אגב, כמה הצלחות כבר הושגו. אינטל בשנת 2007 הודיעה כי פותח מעבד המבוסס על אלמנט מבני בגודל 45 ננומטר (שהוצג על ידי VIA Nano) והצעד הבא יהיה להגיע ל 5 ננומטר. יבמ תשיג 9 ננומטר הודות לגרפן.

צינורות פחמן (גרפן) - אחד הננו-חומרים המבטיחים ביותר לאלקטרוניקה. הם מאפשרים לא רק לצמצם את גודל הטרנזיסטורים, אלא גם לתת לאלקטרוניקה תכונות מהפכניות באמת, מכניות ואופטיות כאחד. צינורות צינור לא לוכדים אור, הם ניידים, משמרים את המאפיינים האלקטרוניים של מעגלים.

אופטימיים יצירתיים במיוחד כבר מצפים ליצור מחשבים ניידים הניתנים לשלוף מהכיס כמו עיתון, או לענוד אותם בצורת צמיד מצד אחד, ובמידת הצורך ניתן לפרוס אותם כמו עיתון, והמחשב כולו יהיה כמו עובי נייר מתקפל ברזולוציה גבוהה.

סיכוי נוסף ליישום ננו-טכנולוגיה ושימוש בננו-חומרים הוא פיתוח ויצירת כוננים קשיחים מהדור הבא.בשנת 2007, אלברט פירת 'ופיטר גרונברג קיבלו את פרס נובל על גילוי האפקט המכני הקוונטי של התנגדות מגנטית אולטרה-גבוהה (אפקט GMR), כאשר סרטים דקים של מתכת משכבות מוליכות ופרומגנטיות מתחלפות משנים באופן משמעותי את ההתנגדות המגנטית שלהם עם שינוי בכיוון המגנטיזציה ההדדי.

על ידי שליטה במיגנטציה של המבנה בעזרת שדה מגנטי חיצוני, ניתן ליצור חיישני שדה מגנטי כה מדויקים ולבצע הקלטה כל כך מדויקת על גבי נושא המידע עד כי צפיפות האחסון שלו תגיע לרמת האטום.

ננו-אלקטרוניקה ופלסמטראוניקה לא עקפו. לתנודות קולקטיביות של אלקטרונים חופשיים בתוך מתכת אורך גל תהודה פלסמון אופייני של כ -400 ננומטר (לחלקיק כסוף בגודל 50 ננומטר). ניתן לשער כי פיתוח ננו-פלסמוניה החל בשנת 2000, כאשר האצת ההתקדמות בשיפור הטכנולוגיה של יצירת חלקיקים.

התברר שאפשר להעביר גל אלקטרומגנטי לאורך שרשרת חלקיקי ננו-מתכת, תנודות פלסמון מרגשות. טכנולוגיה כזו תאפשר להכניס מעגלי לוגיקה לטכנולוגיית המחשבים שיכולים לעבוד הרבה יותר מהר ולהעביר מידע רב יותר ממערכות אופטיות מסורתיות, וגודל המערכות יהיה קטן בהרבה מאלו האופטיות המקובלות.

המובילים בתחום הננו-אלקטרוניקה והאלקטרוניקה בכלל, כיום הם טייוואן, דרום קוריאה, סינגפור, סין, גרמניה, אנגליה וצרפת.

האלקטרוניקה המודרנית ביותר מיוצרת כיום בארצות הברית, והיצרנית המסיבית ביותר של מוצרי אלקטרוניקה היי-טק היא טייוואן, בזכות השקעות של חברות יפניות ואמריקאיות.

סין היא המובילה המסורתית בתחום האלקטרוניקה התקציבית, אך כאן המצב משתנה בהדרגה: עבודה זולה מושכת משקיעים מחברות היי-טק המתכננות להקים את הננו-ייצור שלהם בסין.

לרוסיה יש גם פוטנציאל טוב. הבסיס בתחום המיקרוגל, מבני קרינה, גלאי פוטו, פאנלים סולאריים ואלקטרוניקה של כוח מאפשר, באופן עקרוני, ליצור ערי מדע ננו-טכנולוגיות ופיתוחן.

פוטנציאל זה דורש תנאים כלכליים וארגון למחקר בסיסי ופיתוח מדעי. כל השאר הוא: הבסיס הטכנולוגי, כוח אדם מבטיח וסביבה מדעית מוסמכת. יש צורך רק בהשקעות גדולות וזה מתברר לעיתים קרובות עקב אכילס ...

דוגמא אחת ליישום ננו-טכנולוגיה:ננונטנות לקבלת אנרגיה סולארית