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Nanotechnologie und Informatik

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Den Computer von morgen entwerfen

Laut einem Artikel, der diesen Monat auf nanowerk.com veröffentlicht wurde, ist die Halbleiterindustrie auf dem richtigen Weg, die 32-nm-Prozessortechnologie zu entwickeln, die voraussichtlich um 2009 kommerzialisiert wird. Es wird jedoch ein Tag kommen, an dem Transistoren an die Grenzen der Miniaturisierung stoßen atomare Ebenen und aktuelle Fertigungstechnologien müssen gestoppt werden. Abgesehen von den Problemen der Verbindung von Wärmeableitung und Dichte, die einige Wissenschaftler mit Anwendungen auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhren erreichen möchten, gibt es auch das grundlegende Problem der Quantenmechanik, das sich stört, wenn sich das Chipdesign 4 nm nähert. das heißt, wenn die Abmessungen der Leiter so klein sind, dass die Quanteneffekte das Verhalten der Schaltung dominieren.

Computerdesigner sehen dies oft als negativ an, da dadurch Elektronen an Orte gelangen können, an denen sie nicht willkommen sind. Insbesondere der Tunneleffekt von Elektronen und Löchern - bekannt als "Quantentunneln" oder Quantentunneleffekt - wäre für Transistoren zu groß, um zuverlässige Operationen durchzuführen. Infolgedessen würden beide Zustände des Schalters nicht mehr zu unterscheiden sein. Quanteneffekte könnten jedoch auch vorteilhaft sein. Forscher haben gezeigt, dass es möglich ist, Informationen in einem Atom zu speichern und später wieder abzurufen. Aber niemand erwartet, dieses System bald auf seinem Computer zu sehen.

Dieser "atomaren Speicherung" liegt ein Phänomen zugrunde, das als ballistischer anisotroper Magnetowiderstand (BAMR) bekannt ist. Magnetowiderstand ist die Eigenschaft, die alle metallischen Magnetmaterialien haben, den Wert ihres elektrischen Widerstands zu ändern, wenn ein externes Magnetfeld an sie angelegt wird. Beim sogenannten anisotropen Magnetowiderstand (AMR) nimmt der Effekt zu, da bei der Elektronenleitung Kollisionen häufiger auftreten, wenn sie sich parallel zur Magnetisierung des Materials bewegen, als wenn sie sich senkrecht bewegen. Der 1856 entdeckte AMR ist die Grundlage für einen Großteil der heutigen Datenspeichergeräte. In den letzten 30 Jahren wurden neue Formen des Magnetowiderstands entdeckt, wobei BAMR eine der jüngsten ist.

Bisher hatten Physiker nur über diese Form des Magnetowiderstands theoretisiert, aber kürzlich Dr. Andrei Sokolov, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Physik und Astronomie der Universität von Nebraska, und Dr. Bernard Doudin, Professor am Das Department of Metallic Materials an der Louis Pasteurn University in Straßburg, Frankreich, hat den ersten experimentellen Test von BAMR angekündigt, bei dem eine allmähliche Änderung der ballistischen Leitfähigkeit von Kobalt-Nanokontakten beobachtet wurde, wenn die Richtung eines angelegten Magnetfelds variiert wurde.

Die Forscher glauben, dass BAMR aufgrund der Fähigkeit, die quantisierte Leitfähigkeit durch Anlegen von Magnetfeldern zu steuern, zu zukünftigen Generationen ultrakleiner elektronischer Geräte wie magnetischer Leseköpfe, Quantenschalter und Logikschaltungen führen kann.

Quelle: Nanowerk



Video: Experimente zur Nanotechnologie (August 2022).