211service.com
Nano Lube kunne give en ultra-tæt hukommelse
Forskere har hjulpet med at udjævne vejen for hukommelseschips, der er 10 til 100 gange tættere end nutidens enheder, ved at udvikle en måde at skære ned på friktionen på nanoskala. Metoden kan have vidtrækkende implikationer for både mikro- og nano-elektromekaniske systemer (MEMS og NEMS), som bruges til lagring og andre applikationer inden for kommunikation og computing.
Denne figur viser den dramatiske reduktion i friktion, der opstår, når en atomkraftmikroskopspids vibreres, når den bevæger sig hen over en overflade. Reduktion af friktion kan hjælpe med at skabe meget tætte hukommelsesenheder. (Med tilladelse fra Anisoara Socoliuc, Universitetet i Basel.)
Flydende smøremidler virker ikke på nanoskalaen; som et resultat, kan bittesmå mekaniske enheder slides for hurtigt til at være praktiske. Nu har fysikere ved universitetet i Basel i Schweiz udviklet en tørsmøringsmetode, der bruger små vibrationer til at forhindre, at dele bliver slidt.
Metoden, beskrevet i det aktuelle nummer af Videnskab , kunne være særligt nyttigt for en ny klasse af hukommelsesenheder, banebrydende af IBM med sin Tusindben-teknologi, som bruger tusindvis af atomkraftmikroskopspidser til fysisk at skrive bits til en overflade ved at lave divots i et polymersubstrat og senere læse dem. Nano-smøremidlet kan også finde anvendelser med små roterende spejle, der kan tjene som optiske routere i kommunikation og mekaniske switche, der erstatter transistorer i computerprocessorer, så strømforbruget reduceres.
Enheder baseret på NEMS og MEMS er nogle af de mest lovende nye nanoteknologier. Alligevel er kommercialiseringen af applikationer som Tusindben – der kunne opbevare langt over 25 dvd'er i et område på størrelse med et frimærke – delvist blevet holdt op af slitage forårsaget af friktion. Faktisk er friktion et særligt problem i mikro- eller nanoenheder, hvor kontakter mellem overflader er små punkter, der kan gøre meget skade.
Når man kommer ned til enheder i nanoskala, bliver dette kontaktområde mindre og mindre, så du har mindre overflade, hvor du kan sprede varme, siger Anisoara Socoliuc, fysiker ved universitetet i Basel og medforfatter til Videnskab artikel. Dette fører til slid. Det er meget nemt at bryde eller beskadige materialet i denne lille skala.
I deres eksperimenter flyttede de schweiziske forskere en atomkraftmikroskopspids lavet af silicium hen over et testmateriale af natriumchlorid eller kaliumbromid. Normalt ville den ultraskarpe spids bevæge sig på en stick-and-slip måde, da friktion gentagne gange opbygges, indtil spidsen pludselig bryder fri. (Den samme fysiske mekanisme er årsag til knirkende dørhængsler.) Forskerne løste problemet med sticky-tip ved at oscillere spidserne ved hjælp af skiftende spændinger. Vibrationerne, som er så små, at spidsen forbliver i kontinuerlig kontakt med materialet, forhindrer energi i at opbygge sig og pludselig frigives. Som et resultat falder friktionen 100 gange.
Adskillige andre nano-smøringsmetoder er blevet afprøvet, herunder at bremse bevægelsen af mekaniske dele til en kravle; men disse har været upraktiske – mange enheder skal for eksempel bevæge sig med relativt høje hastigheder. I en tidligere undersøgelse viste forfatterne af det aktuelle arbejde også, at en omhyggelig reduktion af mængden af tryk mellem to overflader kunne mindske friktionen; men det viste sig at være svært at kontrollere.
Den nye metode, som lover at være meget mere praktisk, løser en vigtig del af slidproblemerne, der reducerer pålideligheden af hukommelseschips af tusindbenstypen, siger Georgia Tech maskiningeniørprofessor William King, der arbejdede på IBM's Tusindbenede system og nu er videnskabelig rådgiver for en nystartet virksomhed, Nanochip , i Freemont, CA, der udvikler en lignende hukommelse baseret på MEMS og rækker af atomkraftmikroskopispidser. King bemærker dog, at slid fra andre mekanismer, såsom kemiske ændringer i materialet over tid, stadig er et problem.
Robert Carpick, professor i ingeniørfysik ved University of Wisconsin-Madison, bemærker, at der skal udføres yderligere forskning, før denne metode kan bruges i faktiske MEMS og NEMS, men at det er en vigtig undersøgelse. Hvilke enheder kunne dette aktivere? Det er i sidste ende op til fantasien. Der er stadig meget at gøre, men det er virkelig et bemærkelsesværdigt resultat, siger han.