Svolta materiale non così imprevedibile

Svolta materiale non così imprevedibile
Anonim

I ricercatori padroneggiano l'autoassemblaggio di nuovi nanodot

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Usando i laser pulsati, i ricercatori hanno indotto il nichel metallico ad autoassemblarsi in matrici di nanodot - ognuna delle quali ha un diametro di soli sette nanometri (sette miliardesimi di metro) - un decimo del diametro dei nanodot esistenti.

Poiché il metodo funziona con una varietà di materiali e può ridurre drasticamente le imperfezioni, la nuova procedura può anche rafforzare la ricerca su materiali estremamente duri e gli sforzi per sviluppare una memoria del computer ultra densa .

Immagine in alto: immagine al microscopio elettronico a trasmissione di nanodot di nichel incorporati in una matrice di ossido di alluminio.

I ricercatori stanno lavorando con un partner industriale per applicare la tecnica allo sviluppo di diodi emettitori di luce (LED) di prossima generazione: le piccole e luminose luci visibili nei segnali stradali e le luci dei freni di lusso delle automobili. I LED sperimentali sono già più efficienti dei dispositivi esistenti, potenzialmente decenni che durano e utilizzano una frazione della potenza delle lampadine fluorescenti.

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Jagdish Narayan e Ashutosh Tiwari, entrambi della North Carolina State University e il Centro per i materiali avanzati e le strutture intelligenti della National Science Foundation, hanno inventato i nuovi materiali e i processi di produzione.

Hanno annunciato le loro scoperte nel numero di settembre 2004 di Nanoscience e Nanotechnology.

Narayan e Tiwari hanno utilizzato un laser ad eccimeri pulsato per creare condizioni in cui il nichel si autoassembla in tridimensionali, ordinando array all'interno di matrici di ossido di alluminio e nitruro di titanio. Applicando tecniche simili al nitruro di gallio e all'ossido di zinco, i ricercatori sperano di migliorare ulteriormente l'efficienza dei loro dispositivi a LED.

Le applicazioni del computer sono più lontane, poiché molti ostacoli aggiuntivi devono essere eliminati prima che i nanodot diventino veri e propri chip. Tuttavia, poiché ogni nanodot di nichel-metallo potrebbe teoricamente archiviare un singolo bit di informazioni, i ricercatori ritengono che un chip da un pollice che utilizza tale tecnologia potrebbe eventualmente memorizzare 10 Terabit di dati.

Secondo i ricercatori, il chip avrebbe teoricamente diverse centinaia di volte più spazio di archiviazione rispetto ai microchip convenzionali della stessa dimensione. Cinque Terabit potrebbero adattarsi, per coincidenza, a un nichel. Se i chip di memoria nanodot alla fine avranno successo, l'intero contenuto della Library of Congress potrebbe adattarsi a una tasca piena di "cambiamenti".

Dai ricercatori:
"La grande sfida è quella di costruire, in modo efficiente e affidabile, una nanostruttura usando le nanounit. Ma alla natura non piace creare unità di dimensioni nanometriche di dimensioni uniformi: sono a uno stato energetico più elevato." - Jagdish "Jay" Narayan, illustre cattedra di famiglia di fan CC John in Scienza dei materiali presso la North Carolina State University e direttore, NSF Center for Advanced Materials and Smart Structures

"L'elaborazione controllata e l'autoassemblaggio in tre dimensioni sono necessari perché non è possibile creare queste strutture e quindi assemblarle. Sono troppo piccole. Per poter utilizzare questa tecnologia, è necessario disporre dell'autoassemblaggio e deve essere 3D ". - Jagdish "Jay" Narayan

"In passato potevamo realizzare solo strutture a uno strato e l'autoassemblaggio 3D non era possibile. Non potevamo controllare il mezzo. Ora, con questo sviluppo, possiamo controllare il mezzo e fare auto-organizzazione 3D Ancora più importante, possiamo cambiare la dimensione in diversi strati e possiamo cambiare la funzionalità a diverse profondità. " - Jagdish "Jay" Narayan

"La ricerca fornisce la struttura di base per materiali nanostrutturati per la memorizzazione di informazioni, transistor di spin, transistor a singolo elettrone e dispositivi idridi, rivestimenti superduri e nuovi biomateriali". - Jagdish "Jay" Narayan

"Nei punti 6-10 nm creati finora, abbiamo la capacità di controllare i pattern di spin - lo spin è ciò che memorizza il bit di informazione. Supponendo che un nanodot magnetico da 7 nm memorizzerà un bit di informazioni, possiamo raggiungere oltre 10 trilioni bit per pollice quadrato, che è vicino a 500 volte la densità di memoria esistente. " - Jagdish "Jay" Narayan

Dagli esperti di NSF:
"Narayan ha utilizzato i concetti di base di autoassemblaggio per creare un array 3-D di nanodot che potrebbe avere applicazioni significative nell'illuminazione, nei laser, nella spintronica e nei dispositivi ottici. Se sviluppato per applicazioni pratiche nei prossimi 2-3 anni, il i sistemi di illuminazione nanodot possono presentare significativi vantaggi ambientali, economici e di risparmio energetico. " - Mihail C. Roco, Senior Advisor for Nanotechnology, NSF

"Lo studio dimostra l'importanza della ricerca di base e dell'incoraggiamento dell'innovazione tecnica. Questo dispositivo fa parte della prima generazione di nanostrutture passive e illustra come si possano sfruttare nuovi fenomeni e comportamenti dei materiali su scala nanometrica per un vantaggio economico." - Mihail C. Roco

"In un certo senso, questo è un esempio di un obiettivo generale della National Nanotechnology Initiative (NNI) degli Stati Uniti - il controllo sistematico della nanoscala al fine di ottenere nuove proprietà e funzioni". - Mihail C. Roco

"Stiamo creando infrastrutture: NCSU ha consolidato una forza nell'area dei materiali nanostrutturati e in questo momento possiamo vedere diversi risultati che inizialmente non erano previsti." - Mihail C. Roco

"L'ampliamento delle infrastrutture per la ricerca su scala nanometrica ha creato un'enorme base di scoperte scientifiche e potenziale sviluppo tecnologico. Una tendenza analoga può essere vista nell'istruzione. Da 5 università con programmi di laurea nel 1999, ora abbiamo circa 270 istituti accademici con laurea e laureati programmi relativi alla scienza e all'ingegneria su nanoscala ". - Mihail C. Roco

Fonte: NSF