Чтение онлайн

Первые итоги амбициозного проекта NewTon подводят участники мощной европейской кооперации, призванной отработать технологию трехмерных фотонных кристаллов - нового ключевого компонента оптических и электронно-оптических маршрутизаторов телекоммуникационных сетей.

Проект, который должен завершиться в будущем году, координируется из Ганноверского лазерного центра, наполовину финансируется Европейским сообществом и объединяет таких игроков, как крупнейшая химическая корпорация BASF, Датский технический университет и ряд других фирм и научно-исследовательских центров. Новые фотонные кристаллы должны будут по возможности заменить электронные компоненты сегодняшних маршрутизаторов на оптические. Именно электроника и необходимость преобразовывать сигналы из оптической формы в электронную препятствуют повышению пропускной способности крупных оптических линий связи.

Из фотонных кристаллов предполагается изготавливать оптические волноводы, фильтры, переключатели и другие необходимые компоненты. Разумеется, выполнять сразу все эти функции не под силу никакому фотонному кристаллу, несмотря на их огромное разнообразие и удивительные способности пропускать или отражать свет только определенных длин волн. Поэтому отрабатывается технология внесения в кристалл определенных дефектов, вдоль которых, например, сможет распространяться свет только с определенной частотой. Дефекты обычно выжигаются лазером после изготовления регулярного фотонного кристалла из коллоида пластиковых шариков строго одинаковых размеров диаметром от двухсот до тысячи нанометров. По мере надобности к шарикам могут добавляться структуры размером до двадцати нанометров, пространство между шариками - заполняться кремнием, а сами шарики, если нужно, потом выжигаться.

Такие фотонные кристаллы должны быть меньше, быстрее и дешевле обычных электронных компонентов. Кроме того, они надежнее и лучше противостоят электромагнитным наводкам. Пока проект развивается успешно, но основных результатов и ясного понимания дальнейших перспектив следует ожидать не раньше конца будущего года. ГА

Любопытную статью опубликовали в журнале Nano-technology теоретики из Института полупроводников Китайской Академии наук. В ней описывается новый класс универсальных логических вентилей, использующих эффект квантования тока в наноустройствах. Эта логика имеет весьма компактную структуру и обещает стать серьезным конкурентом CMOS-технологии.

В полевом транзисторе ток непрерывно и нелинейно зависит от напряжения на затворе, поэтому в CMOS-логике современных чипов используют только два логических состояния - открыт и закрыт. Но во многих уже созданных наноустройствах из-за малых размеров начинают проявляться квантовые эффекты, и ток становится ступенчатой функцией напряжения с четко выраженным дискретным набором возможных значений.

Таким свойством обладают, например, электронные волноводы, чьи размеры сравнимы с длиной волны электрона. Электроны движутся в них как волны, без рассеяния в дискретном наборе возможных мод. Такие волноводы реализуются по-разному, а, например, волновод из баллистической углеродной нанотрубки работает и при высоких температурах. Атомные переключатели и другие устройства, использующие эффект кулоновской блокады, также способны за один шаг пропускать лишь несколько электронов, число которых можно регулировать напряжением. И ученые попытались использовать естественное квантование тока, чтобы сделать сложный логический вентиль, для реализации которого в CMOS-логике требуется много транзисторов.

Для этого потребовался формализм так называемых многопороговых логических вентилей с периодическими порогами (PPTG). У такого вентиля несколько логических входов и один логический выход. Выход периодически принимает значение 0 либо 1 в зависимости от того, какой из заданных упорядоченных порогов превысит взвешенная сумма логических входов. Оказывается, такой PPTG-вентиль можно реализовать, если изготовить нечто похожее на полевой транзистор, имеющий несколько входов с емкостной связью и плавающий затвор, у которого вместо обычного канала используется электронный волновод.

Ученым удалось показать, что одного PPTG-вентиля достаточно для реализации всех Булевых функций с тремя входами и большинства функций с четырьмя входами. А если добавить второй вентиль, становятся доступны все 65 536 функций с четырьмя входами. В результате логические блоки компьютера, выполненного по PPTG-технологии, станут гораздо компактнее. Например, для реализации вентилей с тремя входами по CMOS-технологии требуется около сорока транзисторов и всего лишь десять эквивалентных по сложности устройств при использовании квантованных токов и PPTG-технологии.

Пока трудно сказать, будет ли работать предложенный метод или какой-то другой, ведь от теоретических построений до практической реализации путь долгий. Но эта работа ясно показывает, что в компьютерах новых поколений можно значительно повысить вычислительную мощь не только за счет экстенсивного развития. ГА

Исследователям из Технологического института Джорджии впервые удалось изготовить быстрый полевой транзистор из тонкой пленки фуллеренов - огромных молекул углерода С60, которые очень похожи на футбольные мячи. Процесс изготовления транзисторов идет при комнатной температуре и обещает стать важной вехой на пути к широкому использованию больших и дешевых электронных схем на гибких пластиковых подложках.

В новом транзисторе подвижность электронов заметно больше, чем в аморфном кремнии, применяемом в тонкопленочных транзисторах современных дисплеев, не говоря уже об органических полупроводниках для гибкой электроники. А именно подвижность электронов в канале транзистора во многом определяет скорость переключения, нагрев при работе и другие его характеристики. Кроме того, новому транзистору для переключения достаточно небольшого напряжения на затворе, у него малый ток в закрытом состоянии и весьма высокая стабильность. Но есть и один недостаток: фуллерен С60 взаимодействует с кислородом воздуха, так что пленка должна быть загерметизирована. Впрочем, упаковка - не проблема. И авторы надеются получить транзисторы из других фуллеренов с иным количеством атомов углерода, которые уже не боятся окисления.

Пленку из фуллерена получают методом осаждения паров при комнатной температуре. А это значит, что в качестве подложки для электронной схемы можно использовать почти любой дешевый пластик, большинство из которых не переносят нагрева выше 150 градусов. Пленки из фуллеренов получали и раньше, но процесс шел при 250 градусах. Пары осаждают на уже подготовленный и покрытый слоем изолятора затвор, а затем электроды истока и стока наносят на фуллереновую пленку сверху сквозь теневую маску. Разумеется, новый транзистор не может конкурировать с транзисторами на кристаллическом кремнии, изготовленными по CMOS-технологии. Но от гибких электронных схем и схем большой площади этого никто и не требует.

В ближайших планах ученых - изготовить по новой технологии джентльменский набор стандартных электронных схем, таких как инвертор, генератор, логические ключи, а также дисплейный драйвер. Их параметры, а также производительность собранных из них более сложных схем и покажут, когда новая технология завоюет рынок. ГА

Международная группа ученых, работающая с данными небесного обзора Sloan Digital Sky Survey, обнаружила несколько звезд, относящихся к классу белых карликов, атмосферы которых поставили астрономов в тупик. Первая из них - H1504+65 - еще раньше "жаловалась" на повышенную температуру в 200 тысяч градусов. Новые же исследования позволили узнать, что атмосфера карлика вместо водорода и гелия состоит из кислорода и углерода в почти равных пропорциях. При этом водорода в атмосфере почему-то не нашли вовсе, а гелий если и присутствует, то в ничтожном количестве. Есть гипотеза, согласно которой водород и почти весь гелий были выброшены в космос, а то, что наблюдают астрономы, - это голое ядро звезды.

Остальные семь "проблемных" карликов с углеродной атмосферой, по той же гипотезе, находятся на более поздней стадии жизни, нежели H1504+65. В объектах такого типа, как и в любом белом карлике, не идут ядерные реакции: звезда постепенно остывает. При падении температуры гравитация заставляет кислород переместиться ближе к центру, а остатки гелия подняться наверх. Поэтому семь белых карликов выглядят как звезды, обладающие углеродной атмосферой с примесью гелия.

Такая "история болезни", однако, не объясняет, почему звезда типа H1504+65 потеряла весь водород. Кроме того, очевидно, что белый карлик остывает постепенно, а потому в космосе должны быть такие же звезды самой разной температуры. Однако температура семи изученных объектов находится в диапазоне 18–23 тысячи градусов, а на огромном участке температурной шкалы от 23 тысяч до 200 тысяч нет ни одного промежуточного варианта. Из-за этого связь между семеркой относительно холодных карликов и звездой H1504+65 выглядит неубедительно. Вполне возможно, что "лечить" от изъянов теории оба типа звезд придется по отдельности. АБ