Исследователи корпорации IBM добились важных результатов в развитии нанотехнологий - они определили, как измерить силу, необходимую для перемещения атома.
И эта информация может позволить ученым легко и быстро создавать вычислительные и запоминающие устройства наноуровня.
"IBM уже два десятилетия занимается изучением свойств атомов в применении к ИТ, - отметил Андреас Генрих, руководитель проекта. – Сейчас у нас появился способ, позволяющий количественно определить, почему есть возможность перемещать определенные объекты, поскольку теперь известно, какие силы в этом участвуют. Благодаря этому мы можем перейти от метода проб и ошибок к более систематическим приемам работы. И обладая такими знаниями, сможем намного проще создавать решения".
Генрих напомнил, что еще в 1989 году научный сотрудник IBM Дон Иглер продемонстрировал возможность манипулировать отдельными атомами с высокой точностью. Спустя почти двадцать лет Генрих и Маркус Тернес из IBM вместе с учеными университета Регенсбурга придумали способ вычислить силу, необходимую для манипулирования этими отдельными атомами.
Тернес считает, что понять, какая сила требуется для перемещения атома – это главное в нанотехнологии. По его словам, в этом смысле ученые подобны инженерам, размышляющим о том, как построить мост через широкую реку. И тем, и другим необходимо понять возможности различных материалов. Какая сила потребуется для того, чтобы согнуть кусок металла? Какая сила потребуется для того, чтобы переместить атом кобальта по медной поверхности? Исследователи задаются похожими вопросами, ответы на которые необходимо найти для того, чтобы построить как мост, так и устройство хранения наноуровня.
"Мы лучше начинаем представлять себе природные механизмы, - отметил Тернес. – Если вы хотите что-то создать, вы должны знать, какова максимальная нагрузка, - то есть, образно говоря, определить, сколько можно нагрузить, прежде чем вещь сломается. Взаимодействия и то, насколько легко можно перемещать объекты – крайне важны, если вы хотите говорить о конструировании на наноуровне".
Для того чтобы проводить такие микроскопические измерения, ученые модифицировали сканирующий туннельный микроскоп, который обычно используется для просмотра столь малых изображений, как изображения отдельных атомов. Смонтировав на микроскопе иглу, ученые смогли измерить перемещение иглы при движении ею атома.
С помощью такого устройства, по словам Тернеса, они обнаружили, что необходимо приложить силу в 210 пиконьютонов для того, чтобы переместить атом кобальта по платиновой поверхности, но требуется 17 пиконьютонов, чтобы переместить тот же атом по медной поверхности. (Сила в один ньютон – это примерно та сила, которая требуется вам, чтобы удержать в руке стакан вина. Пиконьютон — это сила в миллион миллионов раз меньшая.)
Генрих подчеркнул, что теперь, когда они могут делать такого рода измерения, ученые планируют добиться серьезного прогресса в работе, связанной с хранением данных всего на нескольких атомах.
"Ученые постоянно находят способы сделать кремниевые микросхемы все меньше и меньше. Такой подход позволяет создавать более быстрые процессоры и более емкие устройства хранения данных, но так не может продолжаться до бесконечности, - добавил Генрих. – В один прекрасный момент эти возможности будут исчерпаны. В нашей лаборатории мы исследуем другой подход, начали это делать с самых маленьких частиц, с отдельных атомов, и по атомам создаем устройства для хранения данных".
Новые возможности измерений помогут исследователям уменьшить размер транзисторов, что в свою очередь позволит снизить потребность в электроэнергии для их питания и увеличить скорость. Некоторые считают, что именно транзистор стал самым важным изобретением ХХ века.
Penryn, новейший процессор корпорации Intel, изготавливаемый по технологии с нормой проектирования 45 нм, содержит 820 млн транзисторов. Ристо Пухакка, глава компании VLSI Research, предполагает, что через десять – пятнадцать лет производители полупроводниковых устройств смогут размещать на одной микросхеме по 10 – 15 млрд транзисторов.