นาโนอิเล็กทรอนิคส์คืออะไรและทำงานอย่างไร

สาขาอิเล็กทรอนิกส์มีส่วนร่วมในการพัฒนาพื้นฐานทางเทคโนโลยีและทางกายภาพสำหรับการก่อสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์รวมที่มีขนาดองค์ประกอบน้อยกว่า 100 นาโนเมตรเรียกว่านาโนอิเล็กทรอนิกส์ คำว่า "นาโนอิเล็กทรอนิคส์" สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงจากไมโครอิเล็กทรอนิคส์ของเซมิคอนดักเตอร์ที่ทันสมัยซึ่งมีการวัดขนาดขององค์ประกอบในหน่วยของไมโครมิเตอร์เป็นองค์ประกอบขนาดเล็ก - มีขนาดนาโนเมตรเป็นสิบ

ด้วยการเปลี่ยนไปเป็นระดับนาโนผลกระทบควอนตัมเริ่มครอบงำในโครงการเผยคุณสมบัติใหม่มากมายและดังนั้นจึงเป็นเครื่องหมายสำหรับการใช้งานที่เป็นประโยชน์ และถ้าหากผลกระทบเชิงควอนตัมของไมโครอิเล็กทรอนิคส์ยังคงเหมือนกาฝากอยู่เช่นเนื่องจากขนาดของทรานซิสเตอร์ที่ลดลงทำให้ผลของอุโมงค์เริ่มรบกวนการทำงานของมันดังนั้นนาโนอิเล็กทรอนิคส์ก็เรียกร้องให้ใช้ผลดังกล่าวเป็นพื้นฐานสำหรับ

เราแต่ละคนใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกวันและแน่นอนว่าหลายคนสังเกตเห็นแนวโน้มที่ชัดเจนอยู่แล้ว หน่วยความจำในคอมพิวเตอร์เพิ่มขึ้นตัวประมวลผลกำลังทำงานมากขึ้นขนาดของอุปกรณ์จะลดลง อะไรคือสาเหตุของสิ่งนี้?

ประการแรกกับการเปลี่ยนแปลงในมิติทางกายภาพขององค์ประกอบของ microcircuits ซึ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดจะถูกสร้างขึ้นเป็นหลัก แม้ว่าฟิสิกส์ของกระบวนการจะยังคงเหมือนเดิมในวันนี้ แต่ขนาดของอุปกรณ์ก็เล็กลงเรื่อย ๆ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่ทำงานช้าลงและสิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้นและตัวเก็บประจุนาโน - และทำงานได้เร็วขึ้นและใช้พลังงานน้อย

เป็นที่ทราบกันดีว่าวัตถุทั้งหมดนั้นประกอบไปด้วยอะตอม แล้วทำไมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ถึงระดับอะตอมไม่ได้? สาขาอิเล็กทรอนิกส์ใหม่นี้จะช่วยในการแก้ปัญหาดังกล่าวว่า บนฐานซิลิคอนทั่วไป เพียงพื้นฐานเป็นไปไม่ได้ที่จะแก้ปัญหา

สิ่งที่น่าสนใจอย่างมากคือวัสดุกราฟีนและวัสดุ monolayer ที่คล้ายคลึงกัน (ดูบทความ - คุณสมบัติที่ไม่คาดคิดของคาร์บอนที่คุ้นเคย) วัสดุดังกล่าวหนาหนึ่งอะตอมมีคุณสมบัติโดดเด่นที่สามารถนำมารวมกันเพื่อสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

ตัวอย่างเช่นเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับโพรบไมโครสโคปทำให้สามารถสร้างโครงสร้างที่หลากหลายของอะตอมแต่ละตัวบนพื้นผิวของตัวนำในสุญญากาศสูงพิเศษ พื้นฐานของการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ monatomic ไม่ได้เป็นอย่างไร

การจัดการเรื่องสสารในระดับโมเลกุลได้ส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมหลายอย่างแล้วพวกเขาไม่ได้ข้ามอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรรวมถูกสร้างขึ้นในลักษณะนั้น ประเทศชั้นนำกำลังลงทุนในการพัฒนาเส้นทางเทคโนโลยีนี้ต่อไปดังนั้นการเปลี่ยนผ่านสู่ระดับนาโนจะเกิดขึ้นเร็วขึ้นกว้างขึ้นและปรับปรุงให้ดีขึ้น

โดยวิธีการที่ประสบความสำเร็จบางอย่างได้รับการประสบความสำเร็จแล้ว Intel ในปี 2550 ประกาศว่าโปรเซสเซอร์ที่ใช้องค์ประกอบโครงสร้างที่มีขนาด 45 นาโนเมตรได้รับการพัฒนา (แนะนำโดย VIA Nano) และขั้นตอนต่อไปจะสูงถึง 5 นาโนเมตร IBM กำลังจะบรรลุถึง 9 นาโนเมตรด้วยกราฟีน

ท่อนาโนคาร์บอน (กราฟีน) - หนึ่งในวัสดุนาโนที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ พวกมันไม่เพียง แต่ช่วยลดขนาดของทรานซิสเตอร์ แต่ยังให้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ปฏิวัติวงการทั้งเชิงกลและเชิงแสง ท่อนาโนไม่ดักจับแสง, เป็นโทรศัพท์มือถือ, รักษาคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวงจร

โดยเฉพาะอย่างยิ่งนักสร้างสรรค์เชิงสร้างสรรค์กำลังรอคอยที่จะสร้างคอมพิวเตอร์พกพาที่สามารถดึงออกมาจากกระเป๋าเช่นหนังสือพิมพ์หรือสวมใส่ในรูปแบบของสร้อยข้อมือในมือข้างหนึ่งและหากต้องการสามารถปรับใช้เช่นหนังสือพิมพ์และคอมพิวเตอร์ทั้งเครื่องจะเป็นกระดาษหนาหน้าจอสัมผัสความละเอียดสูง

โอกาสอีกประการสำหรับการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีและการใช้วัสดุนาโนคือการพัฒนาและสร้างฮาร์ดไดรฟ์รุ่นต่อไปในปี 2550 Albert Firth และ Peter Grunberg ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบผลเชิงกลเชิงควอนตัมของการต้านทานแม่เหล็กอุลตร้าเฮิร์ต (GMR effect) เมื่อฟิล์มบาง ๆ ของโลหะจากชั้นสลับตัวนำและ ferromagnetic เปลี่ยนความต้านทานแม่เหล็ก

โดยการควบคุมการดึงดูดของโครงสร้างด้วยความช่วยเหลือของสนามแม่เหล็กภายนอกมันเป็นไปได้ที่จะสร้างเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กที่แม่นยำและทำการบันทึกที่แม่นยำบนผู้ให้บริการข้อมูลที่ความหนาแน่นของการจัดเก็บจะถึงระดับอะตอม

นาโนอิเล็กทรอนิคส์และพลาสม่าทรอนิกส์ยังไม่ผ่าน การสั่นสะเทือนแบบรวมของอิเล็กตรอนอิสระภายในโลหะมีความยาวคลื่นพลาสโมนเรโซแนนซ์พลาสโมนลักษณะพิเศษประมาณ 400 นาโนเมตร (สำหรับอนุภาคเงินขนาด 50 นาโนเมตร) การพัฒนาของอนุภาคนาโนเราสามารถสันนิษฐานได้ว่าเริ่มขึ้นในปี 2000 เมื่อความคืบหน้าในการปรับปรุงเทคโนโลยีในการสร้างอนุภาคนาโนเร่ง

มันกลับกลายเป็นว่ามันเป็นไปได้ที่จะส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปตามสายโซ่ของอนุภาคนาโนโลหะการสั่นพลาสโมนที่น่าตื่นเต้น เทคโนโลยีดังกล่าวจะทำให้สามารถนำเสนอวงจรตรรกะในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ที่สามารถทำงานได้เร็วกว่ามากและส่งผ่านข้อมูลมากกว่าระบบออพติคอลแบบดั้งเดิมและขนาดของระบบจะเล็กกว่าออปติคัลที่ได้รับการยอมรับมาก

ผู้นำในด้านนาโนอิเล็คทรอนิคส์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปในปัจจุบันคือไต้หวันเกาหลีใต้สิงคโปร์จีนเยอรมนีอังกฤษและฝรั่งเศส

อิเล็คทรอนิคส์ที่ทันสมัยที่สุดผลิตขึ้นในสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันและผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไฮเทครายใหญ่ที่สุดคือไต้หวันต้องขอบคุณการลงทุนจาก บริษัท ญี่ปุ่นและอเมริกา

ประเทศจีนเป็นผู้นำแบบดั้งเดิมในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์งบประมาณ แต่ที่นี่สถานการณ์กำลังเปลี่ยนแปลงไปเรื่อย ๆ : แรงงานราคาถูกดึงดูดนักลงทุนจาก บริษัท ไฮเทคที่วางแผนที่จะสร้างนาโนเทคโนโลยีในประเทศจีน

รัสเซียก็มีศักยภาพที่ดีเช่นกัน ฐานในสาขาไมโครเวฟ, โครงสร้างรังสี, เครื่องวัดแสง, แผงเซลล์แสงอาทิตย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังช่วยให้โดยหลักการแล้วการสร้างเมืองวิทยาศาสตร์นาโนเทคโนโลยีและการพัฒนาของพวกเขา

ศักยภาพนี้ต้องการสภาวะทางเศรษฐกิจและองค์กรสำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานและการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ อย่างอื่นคือ: ฐานเทคโนโลยีบุคลากรที่มีแนวโน้มและสภาพแวดล้อมทางวิทยาศาสตร์ที่มีคุณภาพ มีเพียงการลงทุนขนาดใหญ่ที่จำเป็นและมักจะกลายเป็นส้น Achilles ...

ตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยี:Nanoantennas รับพลังงานแสงอาทิตย์