211service.com
IBMs 'Noise Free' Nano Lab
I denne uge annoncerede IBM planer om at bygge verdens største støjfrie nanoelektroniske fremstillingsfaciliteter i Schweiz. Ved at afskærme udstyr fra ekstern elektromagnetisk, termisk og seismisk støj bør de nye faciliteter hjælpe med at fremme forskning inden for en lang række områder, såsom spintronik, kulstofbaserede enheder og nanofotonik, siger IBM.
Bloker for støj: En kunstners gengivelse (øverst) viser designet af IBMs nye nanoteknologiske forskningsfaciliteter i Zürich, Schweiz, som vil omfatte verdens største støjfrie laboratorier. Testbænke i hvert laboratorium (nederst) vil hvile på seismiske blokke monteret på pneumatiske fjedre. Laboratoriernes dobbeltgulve vil eliminere vibrationer, inklusive dem, der er forårsaget af mennesker, der kommer ind i rummet.
Efterhånden som elektronikforskningen skifter til stadig mindre skalaer, bliver et stabilt laboratoriemiljø stadig vigtigere, siger Matthias Kaiserswerth, direktør for IBM Zurich Research Laboratory . Hvis du forsøger at designe en ny transistor ved at manipulere individuelle elektroner, der bevæger sig gennem et kulstofnanorør, kan enhver forstyrrelse – en lastbil, der rumler forbi eller en nærliggende støvsuger – forstyrre dit eksperiment og efterlade dig med irreproducerbare resultater.
Det, vi forsøger at nå frem til, er noget, der virkelig er støjfrit og afskærmer mod alle disse påvirkninger, siger Kaiserswerth. Til sidst, siger Kaiserswerth, vil den slags faciliteter blive for nanoelektronik, hvad rene rum er for konventionel siliciumelektronik.
Henry Smith , meddirektør for MIT's Nanostructures Laboratory, er ikke så sikker. Der er ingen sikre beviser for, at sådanne faciliteter er nødvendige, siger han. Aktiv isolering af vibrationer er en bedre løsning og til meget lavere omkostninger.
Men Xiang Zhang , direktør for Nano-Scale Science and Engineering Center ved University of California, Berkeley, siger, at det netop er IBMs villighed til at tage risici med sin nye facilitet, der vil skabe begejstring i nanoteknologisamfundet. Det er et godt tegn, siger han.
De nye laboratorier er en del af en $90 millioner, 65.000 kvadratmeter stor facilitet, der bygges af IBM i samarbejde med Swiss Federal Institute of Technology, også i Zürich. En tredjedel af de 90 millioner dollars vil gå til at bygge 10.000 kvadratfod renrumsfaciliteter og 2.000 kvadratfod støjfrie laboratorier. Selvom nanotek-laboratorier andre steder er afskærmet på forskellige måder, siger Kaiserswerth, vil disse 200 kvadratmeter være unikke. Disse støjfrie laboratorier vil give os en konkurrencefordel, så vi kan komme hurtigere fremad.
IBM er i gang med at lave computerchips, siger Kaiserswerth. Men vi har kæmpet i de sidste par år for at opfylde Moores lov med hensyn til at fordoble antallet af transistorer på en chip og fordoble klokfrekvensen. Teknikker, som industrien traditionelt har brugt til at øge kredsløbsdensiteten, begynder at støde op mod siliciums grundlæggende fysiske grænser. Så mange virksomheder og forskningscentre forsøger at udvikle nye måder at lagre information og udføre beregninger på.
For eksempel kigger IBM på at bygge transistorer fra nanotråde ved at bruge små magnetiske kræfter, som elektroner udøver til at lagre information, og at bremse og bøje lys på måder, der gør det muligt at udføre beregninger med fotoner i stedet for elektroner.
Men med disse nye teknologier kommer nye udfordringer. Når du først bevæger dig ind i atom-skala forskning, har du at gøre med meget lave energiniveauer, og du har derfor brug for meget følsomme instrumenter, siger Kaiserswerth. Og jo mere følsomt instrumentet er, jo mere responsivt er det over for forstyrrelser i miljøet. Hver gang vi købte et nyt stykke udstyr, siger Paul Seidler, IBM Zürichs videnskabs- og teknologichef, måtte vi tænke grundigt over, hvilket laboratorium der var bedst egnet.
Og efterhånden som nanoteknologien udvikler sig med at lave stadig mindre strukturer, der kræver højere præcision, vil mange laboratorier i stigende grad finde dette et problem, siger Kaiserswerth. Zhang er enig. Det er noget, branchen bliver nødt til at tage fat på, siger han.
Hvert laboratorium i IBMs nye facilitet vil have testbænke monteret på separate betonblokke, elastisk understøttet af pneumatiske dæmpere. Disse vil igen blive monteret på vibrationsabsorberende højmassebetonplader. Dette dobbeltgulv vil eliminere jævne vibrationer forårsaget af mennesker, der kommer ind i rummet.
På samme måde vil laboratorierne effektivt blive indkapslet i bure, der fungerer som passive elektromagnetiske skjolde for at beskytte mod permanente elektromagnetiske felter, såsom dem, der forårsages af nærliggende jernbaner eller andre laboratorier. Sensorbaseret aktiv afskærmning vil kompensere for eventuelle periodiske elektromagnetiske forstyrrelser. Vi kan skærme ned til fem nanotesla, eller en-10.000 af jordens magnetfelt, siger Kaiserswerth.
Dette er det næste niveau af præcision, siger Seidler. I mange henseender er det en indikation af, at nanoelektronikken er ankommet.