Калифорнийский университет: еще несколько шагов вперед в сфере нанотехнологий

19 август, 2003 - 23:00Алексей Гвозденко Первая разработка, о которой пойдет речь, -- это способ выращивания нанотрубок и наношин (nanowires) при комнатной температуре. Ее важность, по словам специалистов, заключается в том, что она открывает путь к интеграции наноструктур в традиционные микросхемы.

Так выглядит первый "нанометрический" мотор

До настоящего времени главная сложность здесь заключалась в том, что выращивание таких структур требует высоких температур (от 600 до 1000 °C), которые попросту приводят к разрушению "материнского" микроэлектронного компонента.

Ученые из Беркли предложили настолько простое (по крайней мере, с концептуальной точки зрения), насколько и эффективное решение данной проблемы: разогревать тот участок схемы, на котором должна располагаться нанотрубка или наношина, с помощью микроскопического аналога нагревательной спирали. В остальном же (включая химический механизм) используемая техника достаточно традиционна.

Сообщается, что в ходе одного из экспериментов для рабочей области удалось достичь температуры 700°, в то время как всего в нескольких микронах от него она уже равнялась 25°. Что касается ориентирования выращиваемых наноэлементов, то оно осуществляется путем приложения электрического поля.

На сегодняшний день специалистам Беркли удалось получить кремниевые наношины диаметром от 30 до 80 нм и длиной до 10 мкм, а также кремниевые нанотрубки диаметром от 10 до 30 нм и длиной до 5 мкм.

Особо отмечается, что описанный подход является универсальным, т. е. он применим независимо от "набора" используемых при получении наноструктур химических соединений. Сейчас ученые ведут эксперименты по совершенствованию своей технологии, в частности, изучают зависимость характеристик нанотрубок и наношин от температуры и времени выращивания.

Фото нанотрубок, выращиваемых на поверхности микроструктуры (стрелками показано направление электрического поля)

Другая разработка представляет собой первый мотор нанометрического масштаба. И если вдруг у вас возник вопрос, какое это отношение может иметь к IT, то сразу ответим: самое прямое -- потенциальными сферами применения подобных устройств являются оптические коммутаторы и системы микрозеркал в цифровых проекторах.

Упрощенно говоря, основой мотора служит ось из "насаженных" друг на друга, закрепленных на концах нанотрубок, на внешней из которых располагается ротор в виде золотой пластинки. По бокам от ротора находятся два электрода, выполняющих роль статоров. Вся конструкция размещается на кремниевой подложке и имеет поперечный размер порядка 500 нм.

Первоначально учеными подавалось на статор переменное напряжение 50 В, что приводило приблизительно к 20-градусным колебаниям ротора подобно торсионному осциллятору. Такой осциллятор, как отмечают специалисты, может служить базовым элементом задающего генератора с мега- или гигагерцевой частотой, предназначенного для использования, к примеру, в сотовых телефонах или компьютерах.

Сообщается, что при повышении напряжения удалось "поломать" внешнюю трубку, благодаря чему ротор получил возможность свободно вращаться; система вложенных нанотрубок при этом по сути является идеальным подшипником с практически нулевым трением. Однако при снятии питания с мотора он почти мгновенно останавливается, чему способствует, с одной стороны, торможение остаточными зарядами, а с другой -- минимальная инерция ротора, обладающего микроскопической массой.

Единственное, чего пока не удалось сделать, так это точно измерить частоту вращения мотора: можно только утверждать, что она не менее 30 об/мин. Все дело в том, что находящийся в распоряжении ученых электронный микроскоп способен делать снимки только с интервалом 33 мс.