„Bezszumowe” nanolaboratorium IBM

W tym tygodniu IBM ogłosił plany zbudowania w Szwajcarii największych na świecie wolnych od hałasu zakładów produkcji nanoelektroniki. Osłaniając sprzęt przed zewnętrznymi zakłóceniami elektromagnetycznymi, termicznymi i sejsmicznymi, nowe obiekty powinny pomóc w rozwoju badań w wielu dziedzinach, takich jak spintronika, urządzenia węglowe i nanofotonika.

Zablokuj hałas: Renderowany przez artystę obraz (na górze) przedstawia projekt nowych obiektów badawczych IBM zajmujących się nanotechnologią w Zurychu w Szwajcarii, które będą obejmować największe na świecie wolne od hałasu laboratoria. Stanowiska badawcze w każdym laboratorium (na dole) będą spoczywać na blokach sejsmicznych osadzonych na sprężynach pneumatycznych. Podwójna kondygnacja laboratoriów wyeliminuje drgania, w tym powodowane przez osoby wchodzące do pomieszczenia.

Ponieważ badania nad elektroniką przesuwają się na coraz mniejszą skalę, stabilne środowisko laboratoryjne staje się coraz ważniejsze, mówi Matthias Kaiserswerth, dyrektor Laboratorium Badawcze IBM w Zurychu . Jeśli próbujesz zaprojektować nowy tranzystor, manipulując pojedynczymi elektronami poruszającymi się w nanorurce węglowej, każde zakłócenie – przejeżdżająca obok ciężarówka lub pobliski odkurzacz – może zakłócić eksperyment i dać nieodtwarzalne wyniki.

To, do czego dążymy, to coś, co jest naprawdę wolne od hałasu, chroniąc przed wszystkimi tymi wpływami, mówi Kaiserswerth. Kaiserswerth mówi, że w końcu tego rodzaju obiekty staną się dla nanoelektroniki tym, czym czyste pomieszczenia są dla konwencjonalnej elektroniki krzemowej.

Henryk Smith , współdyrektor Laboratorium Nanostruktur MIT, nie jest tego taki pewien. Nie ma mocnych dowodów na to, że takie udogodnienia są potrzebne, mówi. Aktywna izolacja drgań jest lepszym rozwiązaniem i przy znacznie niższych kosztach.

Ale Xiang Zhang , dyrektor Nano-Scale Science and Engineering Center na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, mówi, że to właśnie chęć IBM do podejmowania ryzyka w nowym obiekcie wzbudzi emocje w społeczności nanotechnologicznej. To dobry znak, mówi.

Nowe laboratoria są częścią wartego 90 milionów dolarów obiektu o powierzchni 65 000 stóp kwadratowych, budowanego przez IBM we współpracy ze Szwajcarskim Federalnym Instytutem Technologii, również w Zurychu. Jedna trzecia z 90 milionów dolarów zostanie przeznaczona na budowę 10 000 stóp kwadratowych pomieszczeń czystych i 2000 stóp kwadratowych wolnych od hałasu laboratoriów. Chociaż laboratoria nanotechnologiczne w innych miejscach są na różne sposoby osłonięte, mówi Kaiserswerth, te 200 metrów kwadratowych będzie wyjątkowe. Te ciche laboratoria zapewnią nam przewagę nad konkurencją, dzięki czemu będziemy mogli szybciej iść naprzód.

IBM zajmuje się produkcją chipów komputerowych, mówi Kaiserswerth. Ale w ciągu ostatnich kilku lat walczyliśmy o spełnienie prawa Moore'a w zakresie podwojenia liczby tranzystorów w chipie i podwojenia częstotliwości taktowania. Techniki, które przemysł tradycyjnie stosował do zwiększania gęstości obwodów, zaczynają uderzać w podstawowe fizyczne ograniczenia krzemu. Tak wiele firm i ośrodków badawczych próbuje opracować nowatorskie sposoby przechowywania informacji i wykonywania obliczeń.

Na przykład IBM przygląda się budowie tranzystorów z nanodrutów, wykorzystując do przechowywania informacji niewielkie siły magnetyczne wywierane przez elektrony oraz spowalniając i zaginając światło w sposób, który umożliwia przeprowadzanie obliczeń z użyciem fotonów zamiast elektronów.

Ale wraz z tymi nowymi technologiami pojawiają się nowe wyzwania. Kiedy przejdziesz do badań w skali atomowej, masz do czynienia z bardzo niskimi poziomami energii, dlatego potrzebujesz bardzo czułych instrumentów, mówi Kaiserswerth. A im bardziej czuły instrument, tym bardziej reaguje na zakłócenia w otoczeniu. Za każdym razem, gdy kupowaliśmy nowy sprzęt, mówi Paul Seidler, kierownik ds. nauki i technologii w IBM Zurich, musieliśmy się mocno zastanowić, które laboratorium jest najbardziej odpowiednie.

A w miarę postępu nanotechnologii w tworzeniu coraz mniejszych struktur, które wymagają większej precyzji, wiele laboratoriów będzie coraz częściej uznawać ten problem, mówi Kaiserswerth. Zhang się zgadza. Mówi, że branża będzie musiała się tym zająć.

Każde laboratorium w nowym zakładzie IBM będzie miało stanowiska testowe zamontowane na oddzielnych blokach betonowych, elastycznie wspartych amortyzatorami pneumatycznymi. Te z kolei zostaną zamontowane na płytach betonowych o dużej masie pochłaniających drgania. Ta podwójna podłoga wyeliminuje nawet wibracje powodowane przez osoby wchodzące do pomieszczenia.

Podobnie laboratoria będą skutecznie zamknięte w klatkach, które działają jak pasywne tarcze elektromagnetyczne, chroniące przed trwałymi polami elektromagnetycznymi, na przykład powodowanymi przez pobliskie linie kolejowe lub inne laboratoria. Aktywne ekranowanie oparte na czujnikach kompensuje wszelkie okresowe zakłócenia elektromagnetyczne. Jak mówi Kaiserswerth, możemy osłonić do pięciu nanotesli, czyli 1/10 000 ziemskiego pola magnetycznego.

To kolejny poziom precyzji, mówi Seidler. Pod wieloma względami jest to znak, że pojawiła się nanoelektronika.

ukryć