Nano Lube może umożliwić bardzo gęstą pamięć

Naukowcy pomogli wygładzić drogę dla chipów pamięci, które są od 10 do 100 razy gęstsze niż dzisiejsze urządzenia, opracowując sposób na zmniejszenie tarcia w nanoskali. Metoda może mieć dalekosiężne implikacje zarówno dla systemów mikro-, jak i nanoelektromechanicznych (MEMS i NEMS), które są wykorzystywane do przechowywania i innych zastosowań w komunikacji i informatyce.

Ten rysunek pokazuje radykalne zmniejszenie tarcia, które występuje, gdy końcówka mikroskopu sił atomowych jest wibrowana podczas poruszania się po powierzchni. Zmniejszenie tarcia może pomóc w tworzeniu bardzo gęstych urządzeń pamięci. (Dzięki uprzejmości Anisoara Socoliuc, Uniwersytet w Bazylei.)

Smary płynne nie działają w skali nano; w rezultacie małe urządzenia mechaniczne mogą się zużywać zbyt szybko, aby były praktyczne. Teraz fizycy z Uniwersytetu w Bazylei w Szwajcarii opracowali metodę suchego smarowania, która wykorzystuje niewielkie wibracje, aby zapobiec zużyciu części.

Metoda opisana w bieżącym numerze Nauka , może być szczególnie przydatny w przypadku nowej klasy urządzeń pamięci, zapoczątkowanej przez IBM dzięki technologii Millipede, która wykorzystuje tysiące końcówek mikroskopu sił atomowych do fizycznego zapisywania bitów na powierzchni poprzez robienie wgłębień w podłożu polimerowym, a następnie ich odczytywanie. Nanolube może również znaleźć zastosowanie w maleńkich obracających się lusterkach, które mogą służyć jako routery optyczne w komunikacji i przełącznikach mechanicznych, zastępując tranzystory w procesorach komputerowych, zmniejszając w ten sposób zużycie energii.

Urządzenia oparte na NEMS i MEMS to jedne z najbardziej obiecujących nowych nanotechnologii. Jednak komercjalizacja aplikacji takich jak Millipede – która może pomieścić ponad 25 płyt DVD na obszarze wielkości znaczka pocztowego – została częściowo wstrzymana przez zużycie spowodowane tarciem. Rzeczywiście, tarcie jest szczególnym problemem w mikro- lub nanourządzeniach, w których styki między powierzchniami są malutkimi punktami, które mogą wyrządzić wiele szkód.

Przechodząc do urządzeń w nanoskali, ten obszar kontaktu staje się coraz mniejszy, więc masz mniejszą powierzchnię, na której możesz rozpraszać ciepło, mówi Anisoara Socoliuc, fizyk z Uniwersytetu w Bazylei i współautor publikacji Nauka artykuł. Prowadzi to do zużycia. Na tak małą skalę bardzo łatwo jest złamać lub uszkodzić materiał.

W swoich eksperymentach szwajcarscy naukowcy przesuwali końcówkę mikroskopu sił atomowych wykonaną z krzemu po badanym materiale chlorku sodu lub bromku potasu. Zwykle bardzo ostra końcówka poruszałaby się w sposób przyczepny i ślizgowy, ponieważ tarcie narastało, aż końcówka nagle się uwolniła. (Ten sam mechanizm fizyczny odpowiada za skrzypiące zawiasy drzwi.) Naukowcy rozwiązali problem lepkich końcówek, oscylując końcówkami przy zmieniającym się napięciu. Wibracje, które są tak małe, że końcówka pozostaje w ciągłym kontakcie z materiałem, zapobiegają gromadzeniu się energii i jej nagłemu uwalnianiu. W rezultacie tarcie spada 100-krotnie.

Wypróbowano kilka innych metod nanosmarowania, w tym spowolnienie ruchu części mechanicznych do pełzania; ale były one niepraktyczne – na przykład wiele urządzeń musi poruszać się ze stosunkowo dużą prędkością. We wcześniejszym badaniu autorzy obecnej pracy wykazali również, że ostrożne zmniejszanie nacisku między dwiema powierzchniami może zmniejszyć tarcie; ale okazało się to trudne do kontrolowania.

Nowa metoda, która zapowiada się na znacznie bardziej praktyczną, rozwiązuje kluczową część problemów związanych ze zużyciem, która zmniejsza niezawodność układów pamięci typu Millipede, mówi profesor inżynierii mechanicznej Georgia Tech William King, który pracował nad systemem Millipede firmy IBM, a teraz jest naukowcem. doradca dla startupu, Nanochip , w Freemont w Kalifornii, która rozwija podobną pamięć opartą na MEMS i tablicach końcówek do mikroskopii sił atomowych. King zauważa jednak, że zużycie spowodowane innymi mechanizmami, takimi jak zmiany chemiczne materiału w czasie, nadal stanowi problem.

Robert Carpick, profesor fizyki inżynierskiej na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, zauważa, że ​​należy przeprowadzić dalsze badania, zanim ta metoda będzie mogła zostać zastosowana w rzeczywistych MEMS i NEMS, ale jest to ważne badanie. Jakie urządzenia może to umożliwić? Ostatecznie zależy to od wyobraźni. Wiele pozostaje do zrobienia, ale to naprawdę znakomity wynik – mówi.

ukryć