Điện tử nano là gì và nó hoạt động như thế nào

Lĩnh vực điện tử tham gia vào việc phát triển nền tảng công nghệ và vật lý để xây dựng các mạch điện tử tích hợp với kích thước phần tử nhỏ hơn 100 nanomet được gọi là điện tử nano. Bản thân thuật ngữ "điện tử nano" phản ánh sự chuyển đổi từ vi điện tử của chất bán dẫn hiện đại, trong đó kích thước của các phần tử được đo bằng đơn vị micromet, đến các phần tử nhỏ hơn có kích thước hàng chục nanomet.

Với sự chuyển đổi sang kích thước nano, hiệu ứng lượng tử bắt đầu chiếm ưu thế trong các sơ đồ, tiết lộ nhiều tính chất mới và theo đó, đánh dấu triển vọng cho việc sử dụng hữu ích của chúng. Và nếu các hiệu ứng lượng tử vi điện tử thường vẫn còn ký sinh, bởi vì, ví dụ, với sự giảm kích thước của bóng bán dẫn, hiệu ứng đường hầm bắt đầu can thiệp vào hoạt động của nó, thì ngược lại, điện tử nano, được yêu cầu sử dụng các hiệu ứng đó làm cơ sở cho các thiết bị điện tử cấu trúc nano.

Mỗi người trong chúng ta sử dụng thiết bị điện tử mỗi ngày và chắc chắn nhiều người đã nhận thấy một số xu hướng nhất định. Bộ nhớ trong máy tính ngày càng tăng, bộ xử lý ngày càng hiệu quả hơn và kích thước thiết bị đang giảm. Lý do cho điều này là gì?

Trước hết, với sự thay đổi kích thước vật lý của các yếu tố của vi mạch, từ đó tất cả các thiết bị điện tử được chế tạo cơ bản. Mặc dù vật lý của các quá trình vẫn giữ nguyên như ngày nay, kích thước của các thiết bị ngày càng nhỏ hơn. Một thiết bị bán dẫn lớn hoạt động chậm hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, và một ống dẫn nano - và hoạt động nhanh hơn, và tiêu thụ ít năng lượng hơn.

Công nghệ nano hiện đại trên video:

Được biết, tất cả các cơ thể vật chất đều bao gồm các nguyên tử. Và tại sao điện tử không đạt đến quy mô nguyên tử? Lĩnh vực điện tử mới này sẽ cho phép giải quyết những vấn đề như vậy trên nền silicon thông thường về cơ bản là không thể giải quyết.

Quan tâm lớn là graphene và các vật liệu đơn lớp tương tự (xem bài viết - Tính chất bất ngờ của carbon quen thuộc). Các vật liệu như vậy, dày một nguyên tử, có các đặc tính đáng chú ý có thể được kết hợp để tạo ra các mạch điện tử khác nhau.

Ví dụ, các công nghệ liên quan đến kính hiển vi thăm dò cho phép xây dựng các cấu trúc khác nhau của các nguyên tử riêng lẻ trên bề mặt của một dây dẫn trong chân không siêu cao bằng cách sắp xếp lại chúng. Điều gì không phải là cơ sở để tạo ra các thiết bị điện tử monatomic?

Thao tác của vật chất ở cấp độ phân tử đã ảnh hưởng đến nhiều ngành công nghiệp, họ đã không bỏ qua thiết bị điện tử. Bộ vi xử lý và mạch tích hợp được xây dựng theo cách đó. Các quốc gia hàng đầu đang đầu tư vào sự phát triển hơn nữa của con đường công nghệ này - để quá trình chuyển đổi sang quy mô nano diễn ra nhanh hơn, rộng hơn và cải thiện hơn nữa.

Nhân tiện, một số thành công đã đạt được. Intel năm 2007 tuyên bố rằng bộ xử lý dựa trên thành phần cấu trúc có kích thước 45nm đã được phát triển (được giới thiệu bởi VIA Nano) và bước tiếp theo sẽ là đạt tới 5 nm. IBM sẽ đạt được 9nm nhờ graphene.

Ống nano carbon (graphene) - Một trong những vật liệu nano hứa hẹn nhất cho thiết bị điện tử. Chúng không chỉ cho phép giảm kích thước của bóng bán dẫn mà còn cho các thiết bị điện tử thực sự mang tính cách mạng, cả cơ học và quang học. Nanotubes không bẫy ánh sáng, là thiết bị di động, bảo tồn các thuộc tính điện tử của mạch.

Đặc biệt, những người lạc quan sáng tạo đã mong muốn tạo ra những chiếc máy tính cầm tay có thể rút ra khỏi túi như một tờ báo hoặc đeo ở dạng vòng đeo tay trên một tay, và nếu muốn, có thể được triển khai như một tờ báo và toàn bộ máy tính sẽ giống như một tờ giấy có độ dày màn hình cảm ứng gấp đôi.

Một triển vọng khác cho việc ứng dụng công nghệ nano và sử dụng vật liệu nano là phát triển và tạo ra các ổ đĩa cứng thế hệ tiếp theo.Năm 2007, Albert Fert và Peter Grünberg đã nhận giải thưởng Nobel vì phát hiện ra hiệu ứng cơ học lượng tử của lực kháng từ cực cao (hiệu ứng GMR), khi các màng kim loại mỏng từ các lớp dẫn điện và sắt từ xen kẽ thay đổi đáng kể lực kháng từ của chúng với sự thay đổi theo hướng từ tính.

Bằng cách kiểm soát từ hóa của cấu trúc với sự trợ giúp của từ trường bên ngoài, có thể tạo ra các cảm biến từ trường chính xác và thực hiện ghi chính xác như vậy trên sóng mang thông tin rằng mật độ lưu trữ của nó sẽ đạt đến mức nguyên tử.

Nanoelectronic và plasmatronic đã không bỏ qua. Các dao động tập thể của các electron tự do bên trong kim loại có bước sóng cộng hưởng plasmon đặc trưng khoảng 400nm (đối với hạt bạc có kích thước 50nm). Sự phát triển của nanoplasmonics có thể được coi là đã bắt đầu vào năm 2000, khi tiến bộ trong việc cải tiến công nghệ tạo ra các hạt nano được tăng tốc.

Hóa ra sóng điện từ có thể được truyền dọc theo một chuỗi các hạt nano kim loại, dao động plasmon thú vị. Công nghệ như vậy sẽ giúp đưa các mạch logic vào công nghệ máy tính có thể hoạt động nhanh hơn và truyền nhiều thông tin hơn các hệ thống quang học truyền thống và kích thước của các hệ thống sẽ nhỏ hơn nhiều so với các hệ thống quang được chấp nhận.

Các nhà lãnh đạo trong lĩnh vực điện tử nano và điện tử nói chung, ngày nay là Đài Loan, Hàn Quốc, Singapore, Trung Quốc, Đức, Anh và Pháp.

Các thiết bị điện tử hiện đại nhất được sản xuất tại Hoa Kỳ ngày nay và nhà sản xuất điện tử công nghệ cao lớn nhất là Đài Loan, nhờ vào sự đầu tư của các công ty Nhật Bản và Mỹ.

Trung Quốc là một nhà lãnh đạo truyền thống trong lĩnh vực điện tử ngân sách, nhưng ở đây tình hình đang dần thay đổi: lao động giá rẻ thu hút các nhà đầu tư từ các công ty công nghệ cao có kế hoạch thiết lập sản xuất nano của họ ở Trung Quốc.

Nga cũng có tiềm năng tốt. Cơ sở trong lĩnh vực vi sóng, phát ra cấu trúc, bộ tách sóng quang, tấm pin mặt trời và điện tử công suất cho phép, về nguyên tắc, tạo ra các thành phố khoa học công nghệ nano và sự phát triển của chúng.

Tiềm năng này đòi hỏi các điều kiện kinh tế và tổ chức cho nghiên cứu cơ bản và phát triển khoa học. Mọi thứ khác là: cơ sở công nghệ, nhân sự đầy triển vọng và môi trường khoa học có trình độ. Chỉ cần đầu tư lớn, và điều này thường trở thành gót chân Achilles ...

Một ví dụ về ứng dụng công nghệ nano:Nanoantennas để nhận năng lượng mặt trời