Учёные из Южной Кореи и США представили простой в изготовлении и надёжный элемент энергонезависимой резистивной памяти, который можно располагать на гибкой подложке.
В будущем резистивная память, как ожидается, станет серьёзным конкурентом традиционных «зарядовых» устройств — к примеру, DRAM или флеш-памяти. Элементы с требуемыми свойствами уже конструировали на базе халькогенидов, аморфного кремния, оксидов переходных металлов (NiO, TiO2, ZnO), наночастиц Fe3O4 и некоторых других материалов. Большую известность приобрели мемристоры, созданные в 2008 году специалистами НР с использованием диоксида титана.
В устройстве НР два массива параллельных проводников, ориентированные перпендикулярно друг другу, разделяются тонким слоем TiO2. Новый элемент в целом повторяет эту конструкцию, но между алюминиевыми проводниками находится не TiO2, а оксид графена.
При создании опытных образцов авторы подготавливали оксид графита, а затем путём обработки ультразвуком в воде получали оксид графена. На гибкой подложке из полиэфирсульфона располагались алюминиевые проводники шириной 50 мкм и толщиной 70 нм, которые покрывались слоем оксида толщиной около 15 нм. Сверху наносился аналогичный первому массив алюминиевых электродов, формировавших 25 отдельных устройств в местах наложения проводников из верхнего и нижнего слоёв.
По своим размерам элементы на порядки превосходят мемристоры НР, но авторы не считают этот недостаток критическим и рассчитывают на то, что производителей привлечёт невысокая стоимость и гибкость устройств. Графеновые элементы продемонстрировали возможность 100 тысяч раз переходить из одного состояния в другое (то есть резко изменять сопротивление) при переключающем напряжении в ~2,5 В; число таких циклов, как предполагается, можно будет довести и до одного миллиона. Эксперименты по оценке времени хранения останавливались на отметке в 105 с (около 27 часов), но исследователи уверяют, что первые образцы, изготовленные в сентябре прошлого года, до сих пор сохраняют заданное состояние. Устройства также легко выдержали тысячу циклов сгибания.
Немецкие ученые приблизились к созданию нового эталона килограмма, который будет основан на использовании одной из фундаментальных физических констант - числа Авогадро. Исследователи создали две кремниевые сферы, на 99,99 процента состоящие из одного изотопа - кремния-28, и определили точное число атомов в них. Препринт работы авторов появился на сайте arXiv.org, а коротко об исследовании пишет портал Nature News.
Сейчас эталон килограмма представляет собой линейку, отлитую из сплава платины и иридия в соотношении 9 к 1, длина которой равняется одной сорокамиллионной части меридиана. Это единственный эталон единиц СИ, который до сих пор не имеет другого способа воспроизведения (другие пять эталонов - метр, секунда, кандела, ампер и кельвин). Со временем на хранящуюся в Парижской палате мер и весов линейку оседает пыль и, с другой стороны, от нее отскакивают молекулы.
Сразу несколько исследовательских коллективов работают над созданием нового эталона килограмма. Наиболее перспективным считается подход, задействующий число Авогадро. Эта константа определяет, сколько атомов содержится в одном моле любого вещества. Несмотря на фундаментальное значение этой константы, точно она не определена (среди ученых даже нет согласия, четное это число или нет). Так как масса моля в граммах равняется массе молекулы (атома) в атомных единицах массы, то, если установить точное значение числа Авогадро, то килограмм будет определен как совокупность определенного числа атомов.
Для того чтобы уточнить число Авогадро авторы новой работы решили создать кремниевые сферы - ученым известно расстояние между отдельными атомами, так что они могут, зная объем сфер, подсчитать их точное число. Однако стандартные образцы кремния содержат около 92 процентов изотопа кремния-28 и около 8 процентов кремния-29. Чтобы получить сферы, состоящие практически полностью из одного изотопа, ученые обратились к специалистам Центрального конструкторского бюро машиностроения в Санкт-Петербурге, где происходит обогащение урана для атомных станций. В итоге образец кремния был очищен до состояния, когда в нем осталось 99,99 процента кремния-28.
Из этого кремния были отлиты две сферы, поверхность которых была тщательно отполирована - этот процесс занял два года, уточняет портал Science News. В итоге, как говорят сами авторы, если сферы увеличить до размеров Земли, то самая большая неровность была бы высотой 2,7 метра. При помощи рентген-дифракционного метода ученые определили структуру кристаллической решетки и смогли определить число атомов в сферах. В итоге исследователи уточнили число Авогадро с погрешностью 3,0х10-8. Международное бюро мер и весов может рассмотреть предложение ученых о введении нового эталона килограмма в том случае, когда погрешность будет ниже 2,0х10-8.
Вспомнилось: долой немецкие сто грамм! Да здравствует советский килограмм!!!
Удивительно, но никому не известная польская фирма Ammono смогла обставить гигантов электронной промышленности, таких как Intel, и получить самые чистые кристаллы нитрида галлия (GaN) — критически важного материала для электроники 21 века.
Слева — первые кристаллы GaN, полученные компанией Ammono двадцать лет назад; из-за металлических примесей имеют неприглядный коричневатый оттенок. Справа — абсолютно чистые кристаллы GaN формой правильного шестиугольника размером до 51 мм; продукт последних лет.
Простые химики из Варшавы теперь станут мультимиллионерами, и их имена занесут в пантеон славы электронной индустрии, пишет журнал IEEE Spectrum.
Благодаря своим уникальным физическим свойствам (запрещённая зона 3,39 эВ) и высокой яркости светодиодов из чистого кристалла GaN широко используется для создания синих светодиодов, полупроводниковых лазеров, сверхвысокочастотных транзисторов и космической электроники.
Польские химики использовали новый метод выращивания кристаллов под давлением и при температуре выше 1500°C, но в таких условиях невозможно было вырастить кристалл размером больше 20 мм. Тогда они начали искать альтернативные способы и нашли вариант, как адаптировать для нитрида галлия эффективную технологию выращивания кварцевых монокристаллов с помощью сверхкритического флюида.
Элементы и Технологии материалов
22 Нояб 2010 20:14 #42
Vladimirovich написал(а):
Удивительно, но никому не известная польская фирма Ammono смогла обставить гигантов электронной промышленности, таких как Intel, и получить самые чистые кристаллы нитрида галлия (GaN) — критически важного материала для электроники 21 века.
Вы мне напомнили одну вещь: когда-то у меня на книжной полке стояли два тома Теории симметрии написанных квантовыми химиками из Польши еще в советские времена. Основными объектами изучения там были молекулы с определенными симметриями и кристаллы. Думаю, та еще школа каким-то чудом уцелела.
Как и в Харькове тоже буквально чудом уцелело НПО Монокристалл (где выращивают всякие уникальные и сверхчистые кристаллы) под руководством Семиноженко.
С помощью нового материала, исследованного в Швейцарии и получившего название молибденит, могут быть созданы еще более миниатюрные и энергоэффективные электронные чипы. 30 января ученые из лаборатории наноразмерной электроники и структур политехнической школы в Лозанне (EFPL) опубликовали в журнале Nature Nanotechnology исследование, показывающее, что этот материал имеет явные преимущества по сравнению с традиционными кремнием и графеном при использовании его в электронике.
Открытие, сделанное в EFPL, может сыграть важную роль в области электроники, что позволит создавать более энергоэффективные транзисторы гораздо меньшего размера, чем сейчас. Исследование показало, что молибденит (или MoS2) – это очень эффективный полупроводник. Этот минерал, который существует в изобилии в природе, часто используется как элемент стальных сплавов или в качестве добавки в смазочных материалах. Но до сих пор не был исследован для применения в электронике.
«Это двумерный материал, очень тонкий и простой в использовании применительно к области нанотехнологий. Он обладает реальным потенциалом в области изготовления очень маленьких транзисторов, светодиодов (LED) и солнечных батарей», — рассказал профессор EFPL Андрас Кис, который не без помощи коллег по лаборатории проделал большую работу и осуществил это исследование. Он сравнивает преимущества молибденита с кремнием, который в настоящее время является основным компонентом, используемым в производстве электронных и компьютерных чипов, и графеном, открытым в 2004 году двумя физиками Университета Манчестера – Андре Геймом и Константином Новоселовым, за что были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году.
Одним из преимуществ молибденита является то, что он мене объемный чем кремний, который является трехмерным материалом. В листе молибденита толщиной 0,65 нанометра электроны могут перемещаться так же легко, как в листе кремния двухнанометровой толщины», объясняет Кис. «В то же время сейчас невозможно изготовить лист кремния толщиной с монослой молибденита».
Еще одно преимущество нового материала – возможность изготавливать транзисторы, которые потребляют в 100 000 раз меньше энергии в режиме ожидания, чем традиционные кремниевые транзисторы. Наличие в молибдените «запрещенной зоны» (gap) шириной 1,8 эВ делает его практически идеальным полупроводником.
Уникальный материал, обеспечивающий механическое прилипание, может найти применение в космической отрасли.
С точки зрения структуры этот клеевой материал представляет собой пептид — вещество, молекулы которого построены из двух и более аминокислот. Его поверхность покрыта нановолокнами, которые могут цепляться друг за друга, образуя очень прочное переплетение. Принцип действия схож с застёжкой-липучкой, рассказывает один из авторов разработки, профессор биохимии Джон Томич из Университета штата Канзас (США).
В отличие от многих коммерческих адгезивов, которые теряют «хватку» при высыхании, новый материал приспособлен для работы при отсутствии жидкости. Ввиду своих необычных свойств он не предназначен для широкого использования, однако в некоторых специфических областях наверняка пригодится.
Как одну из сфер применения разработчики рассматривают космонавтику: к примеру, можно было бы ремонтировать обшивку корабля, приклеивая «заплатки» прямо на месте, во время выхода в космос... Что ещё? Поскольку сцепление материала заметно ухудшается в жидкой среде, он, наверное, мог бы послужить индикатором уровня жидкости в ёмкости. Или даже своеобразного прерывателя.
Группа физиков из Института спектроскопии РАН и Московского инженерно-физического института сформулировала теорию сверхпроводимости в графене.
Наиболее интересной особенностью графена, двумерной модификации углерода, считаются его электронные свойства, о которых «КЛ» уже не раз рассказывала. Низкоэнергетическая динамика электронов в нём описывается эффективным уравнением, имеющим вид уравнения Дирака для частиц с нулевой массой, движущихся со скоростью ~ 106 м/с. В химически чистом графене уровень Ферми (некий условный уровень, соответствующий энергии Ферми, ниже которой при абсолютном нуле все энергетические состояния системы электронов заняты, а выше — свободны) лежит в дираковской точке касания валентной зоны и зоны проводимости. В случае допирования это совпадение нарушается.
Известно, что сверхпроводимость проявляется в результате синхронизации электронов и их объединения в куперовские пары. Основные положения классической теории сверхпроводимости Бардина — Купера — Шриффера (БКШ) мы вспоминали вчера. Кратко напомним, что объединение носителей в рамках теории БКШ трактуется как следствие электрон-фононного взаимодействия (фонон — это квазичастица, квант колебательного движения атомов кристалла). При этом константа электрон-фононного взаимодействия (спаривания), характеризующая его «силу», становится важным параметром, который определяет критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние.
БКШ, как идеализированная модель, не может адекватно описать свойства всех традиционных сверхпроводников, допуская серьёзные ошибки, к примеру, при расчёте параметров диборида магния — необычного соединения, имеющего очень высокую температуру перехода. Проблема заключается в том, что БКШ не распространяется на случай сильного электрон-фононного взаимодействия.
В своих вычислениях российские учёные использовали «улучшенный» вариант БКШ, предложенный советским и российским физиком Герасимом Элиашбергом. Теория Элиашберга лишена упомянутого выше недостатка и позволяет получать более точные формулы для расчёта критической температуры.
Вот ув. Квантринас пропал. Кто нам все это объяснит?
Германские физики из Исследовательского центра Дрезден-Россендорф и Дрезденского технического университета экспериментально зарегистрировали редкий эффект — сосуществование сверхпроводящего и ферромагнитного состояний — в наноразмерных образцах интерметаллического соединения никеля и висмута.
Давно известно, что ферромагнетизм и сверхпроводимость относятся к тем типам упорядочения, которые конкурируют друг с другом. Антагонизм проявляется прежде всего в их отношении к магнитному полю: сверхпроводник стремится вытолкнуть его (этот эффект был отмечен ещё в 1933 году Вальтером Мейснером и Робертом Оксенфельдом), тогда как ферромагнетик концентрирует силовые линии поля в своём объёме.
Если две фазы рассматривать в микромасштабе, найти основание их несовместимости будет ещё легче. Достаточно вспомнить, что важнейшей деталью механизма сверхпроводимости становится образование связанных куперовских пар электронов, и спины частиц в паре противоположны. При этом обменное взаимодействие, приводящее к ферромагнетизму, стремится выстроить электронные спины совершенно другим образом — параллельно.
Тем не менее материалы, сочетающие ферромагнитный порядок со сверхпроводимостью, существуют. К ним относятся, к примеру, соединения урана UCoGe и URhGe.
Теперь к этой малочисленной группе присоединяется новый материал Bi3Ni. В проведённых авторами опытах вместо обычных крупных образцов, которые имеют тривиальные свойства, использовались наноразмерные «волокна» интерметаллического соединения. Измерения подтвердили, что сверхпроводимость в наноструктурах Bi3Ni проявляется в фазе с ферромагнитным порядком и сохраняется в необычайно сильных магнитных полях.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review B.
Новое вещество, относящееся к числу невозможных, создали ученые из Канады, Китая, Турции и Германии. Оно было получено в ходе опытов по созданию материала, подобного графену, его поры по расчетам должны были мгновенно закрыться после окончания синтеза.
Ученые ожидали перехода вещества в более плотную форму, поскольку его структура сразу после синтеза была бы неустойчивой. К удивлению исследователей, структура материала осталась стабильной после удаления матрицы, на которой он был создан, и оставалась такой вплоть до 300°С.
Такие вещества называют невозможными: они не нарушают фундаментальных правил химии по образованию связей и валентности, но существовать в созданном виде не могут. Для придания устойчивости их структуре необходимо создать специальные условия. Например, листы графена тоже считались материалом, который невозможно получить.
В случае с новым веществом, которое пока имеет только латинское название periodic mesoporous hydridosilica (meso-HSiO 1.5), исследователи относят устойчивость на счет стерического эффекта, который связан с пространственным взаимодействием между атомами, и водородной связи. Вместе эти эффекты обеспечивают механическую устойчивость материала, делая мезопоры (поры размером от 2 до 50 нм) устойчивыми к схлопыванию.
Более 50 лет преобладало мнение, что такие структуры не должны существовать, – пояснил руководитель исследовательской группы профессор университета Торонто Джеффри Озин (Geoffrey Ozin). – Открытием стало то, что впечатляющая стабильность связана не с каким-то особым эффектом в результате выбора матрицы, а с водородными связями между гидридом кремния O3SiH и силанолом O3SiOH. Это было большим сюрпризом: никогда не говори никогда, если речь идет о химическом синтезе.
С практической точки зрения новое вещество интересно тем, что при температуре свыше 300°С его структура изменяется: оно превращается в нанокомпозит, содержащий фотолюминесцентные нанокристаллы кремния. Благодаря тому, что фотолюминесцентные свойства можно контролировать при термообработке, новое соединение может применяться в биологических датчиках, светоизлучающих устройствах и устройствах, работающих на солнечной энергии.
Американским химикам удалось создать кристалл аморфного металлического стекла из сплава алюминия и церия, что является большим шагом на пути к созданию «идеального стекла», говорится в статье, сообщает РИА «Новости» со ссылкой на журнал Science.
Металлическое стекло было изобретено в середине XX века. Оно изготавливается из специального сплава металлов, в отличие от обычного силикатного стекла, которое состоит из оксида кремния и окислов кальция, натрия и некоторых других металлов. Этот материал устойчив к коррозии и износу, легко поддается плавке и отливке, и к тому же не такой хрупкий, как обычное стекло.
Подобные сплавы обладают аморфной структурой - так называемой структурой «ближнего порядка», в отличие от традиционных сплавов металлов, которые образуются из упорядоченных микрокристаллов - структур «дальнего порядка». Кроме того, ученые находят свидетельства того, что металлические стекла состоят из небольших однородных структур «среднего» порядка. В них атомы не только образуют упорядоченные группы с соседними атомами, как в аморфном состоянии материи, но и формируют более крупные домены.
Ученые и промышленники давно пытаются разработать стекло, которое было бы однородно по своему составу, обладало лучшими свойствами современных видов стекол, и не имело таких недостатков, как хрупкость, износ, не идеальная прозрачность. В соответствии с современными представлениями, «идеальное стекло» содержит структуры «дальнего порядка».
Исследователи пытались моделировать поведение такого стекла в экспериментах с несколькими стеклоподобными соединениями - такими, как вода, оксид кремния и цеолит. Созданные модели обнаружили существование структур ближнего и среднего порядка, но состояния «идеального стекла» достичь так и не удалось.
Группа ученых под руководством Хо-Квона Мао из Института Карнеги в Вашингтоне (США) исследовала физические свойства металлического стекла из сплава алюминия и церия. Они обнаружили, что это вещество переходит из аморфного в кристаллическое состояние при давлении, превышающем атмосферное в 250 тысяч раз.
Такой кристалл имеет форму гранецентрированного куба (аналогичную форму имеет кристалл алмаза), и в определенном сечении напоминает звезду Давида, а по форме похож на коробку, набитую мячиками для настольного тенниса.
Примечательно, что переход из аморфного в кристаллическое состояние происходит только при достижении отметки в 250 килопаскаль (1 паскаль равен давлению земной атмосферы)
, и кристалл не теряет своей формы при уменьшении давления до атмосферного.
Как пишут ученые, столь высокое давление требуется для того, чтобы преодолеть разницу между размером и электропотенциалом атомов церия и алюминия, которая мешает образованию кристалла при «нормальных» условиях. Кристаллические структуры, образующиеся при высоких температурах, оказываются неустойчивыми при ее понижении и переходят в состояние аморфного металлического стекла. Однако при высоком давлении распределение электронов в атомах церия меняется, что позволяет кристаллу сохранять устойчивость при комнатной температуре и атмосферном давлении.
«Это потрясающее открытие показало, что алюминиево-цериевое стекло может стать базой для разработки формулы «идеального стекла». Кроме того, такой же переход может существовать и для других видов металлического стекла», - заключает Мао
Справка из Вики:
Нормальное атмосферное давление принято считать равным 760 мм ртутного столба, или 101 325 Па (101 кПа)
Кстати, в детстве в каком-то фантастическом рассказе проскочила фраза про космический корабль из прозрачного металла. Фраза глубоко запала в душу и на 3-м курсе универа стало ясно, что автор не знает физики. Металл не бывает прозрачным, ибо свободные электроны в оптическом диапазоне экранируют свет. Сейчас вдруг до меня дошло, что стекло не обязательно должно быть прозрачным, если его определять как структуру с ближним порядком. Но тогда и смола попадает в разряд стекол.
И тут новая мысль осенила меня: металл, это не обязательно проводник! Главное, чтобы он образовывал щелочи и не образовывал кислот. Тогда нет проблем с прозрачностью...
Век живи, век учисЯ.
Элементы и Технологии материалов
17 Июнь 2011 19:59 #52
Vladimirovich написал(а):
Идеал не включает скин слоя по определению
Идеал - это сверхпроводник? Там тоже есть какие-то туннельные эффекты, кстати. На полволны электромагнетизм куда хошь заберется. Хоть в проводящую морскую воду к подводной лодке. Только это - между нами.
Физики из Колумбийского университета (США), Университетского колледжа Лондона (Великобритания) и сингапурского Института микроэлектроники создали «невидимую» оптическую наноструктуру, которая позволяет свету проходить без естественного накопления фазового сдвига.
«В этом метаматериале свет распространяется так, как будто никакой среды на пути его следования нет, — поясняет руководитель работ Сердар Кокаман (Serdar Kocaman). — Другими словами, мы наблюдали метаматериал с, так сказать, нулевым показателем преломления».
Основными элементами наноструктуры стали фотонные кристаллы — материалы, у которых диэлектрическая проницаемость периодически меняется в пространстве. Кристаллы могут играть роль оптических фильтров, то есть позволяют задавать разрешённые и запрещённые зоны для энергий фотонов примерно так же, как это делается в полупроводниках для энергий носителей заряда.
Слои изготовленных авторами фотонных кристаллов с отрицательным показателем преломления перемежались с участками вполне обычной однородной диэлектрической среды с положительным показателем. Минуя такую периодическую структуру, свет на выходе, как показали эксперименты, претерпевал нулевое изменение фазы.
Всё устройство было размещено на кремниевой подложке микрометровых размеров. По словам учёных, они уже построили на основе своего метаматериала рабочий образец оптического фильтра.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature Photonics.
Эксперты представили обновленный список значений фундаментальных физических констант - в том числе, числа Авогадро и постоянной Планка. Об этом пишет портал Nature News.
Фундаментальными физическими константами называют постоянные, которые входят в уравнения, описывающие фундаментальные законы природы. Каждые четыре года группа специалистов Комитета по сбору данных в области науки и техники (CODATA), созданного в 1966 году, публикует список значений этих констант, исправленных на основании результатов недавних экспериментов.
Абсолютно точно определить значения всех этих постоянных нельзя, но физики стремятся уменьшить неопределенность этих параметров. Это можно сделать по мере появления новых более чувствительных способов измерения.
В новом списке значений констант, в частности, была снижена неопределенность постоянной тонкой структуры, которую обозначают греческой буквой альфа. Эта постоянная характеризует силу электромагнитного взаимодействия. Кроме того, физики уточнили значение постоянной Планка, которая фигурирует во всех уравнениях квантовой механики и, в частности, определяет порог, начиная с которого включается принцип неопределенности Гейзенберга.
Еще одной уточненной константой стало число Авогадро, определяющее, сколько атомов содержится в одном моле любого вещества. Подробнее о том, как исследователи сужали границы неопределенности для числа Авогадро, и каким образом оно связано с появлением нового эталона массы, можно прочитать здесь.
Не совсем в тему ветки, ну да ладно уж...
На личности не перехожу, примус починяю, никого не трогаю...
