Nicht so fleckiger Materialdurchbruch

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Anonim

Forscher beherrschen die Selbstorganisation neuartiger Nanopunkte

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Mit gepulsten Lasern haben die Forscher das Metall Nickel dazu gebracht, sich selbst in Arrays von Nanopunkten zu organisieren - jeder Punkt hat einen Durchmesser von nur sieben Nanometern (sieben Milliardstel Metern) - ein Zehntel des Durchmessers bestehender Nanopunkte.

Da die Methode mit einer Vielzahl von Materialien arbeitet und Unvollkommenheiten drastisch reduzieren kann, kann das neue Verfahren auch die Erforschung extrem harter Materialien und die Entwicklung eines ultradichten Computerspeichers unterstützen .

Bild oben: Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme von Nickel-Nanopunkten, die in eine Aluminiumoxidmatrix eingebettet sind.

Die Forscher arbeiten mit einem Industriepartner zusammen, um die Technik bei der Entwicklung von Leuchtdioden (LEDs) der nächsten Generation anzuwenden - den kleinen, hellen Lichtern in Verkehrssignalen und Luxusautobremsleuchten. Die experimentellen LEDs sind bereits effizienter als bestehende Geräte, sie halten möglicherweise Jahrzehnte und verbrauchen einen Bruchteil der Leistung von Leuchtstofflampen.

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Jagdish Narayan und Ashutosh Tiwari, beide von der North Carolina State University und dem Center for Advanced Materials and Smart Structures der National Science Foundation, erfanden die neuen Materialien und Herstellungsverfahren.

Sie gaben ihre Ergebnisse in der September-Ausgabe 2004 von Nanoscience and Nanotechnology bekannt.

Narayan und Tiwari verwendeten einen gepulsten Excimer-Laser, um Bedingungen zu schaffen, unter denen Nickel sich in geordneten 3-D-Arrays innerhalb von Aluminiumoxid- und Titannitrid-Matrizen selbstorganisiert. Mit ähnlichen Techniken wie Galliumnitrid und Zinkoxid wollen die Forscher die Effizienz ihrer LED-Geräte weiter verbessern.

Computeranwendungen sind weiter entfernt, da viele zusätzliche Hürden genommen werden müssen, bevor die Nanopunkte zu echten Chips werden. Da jedoch jeder Nickel-Metall-Nanopunkt theoretisch ein einzelnes Informationsbit speichern könnte, glauben die Forscher, dass ein 1-Zoll-Chip, der diese Technologie verwendet, möglicherweise 10 Terabit Daten speichern könnte.

Nach Ansicht der Forscher hätte der Chip theoretisch mehrere hundert Mal mehr Speicherplatz als herkömmliche Mikrochips gleicher Größe. Fünf Terabits könnten zufällig auf ein Nickel passen. Wenn Nanodot-Speicherchips irgendwann Erfolg haben, könnte der gesamte Inhalt der Library of Congress in eine Tasche voller "Veränderungen" passen.

Von den Forschern:
"Die große Herausforderung besteht darin, eine Nanostruktur mit Nanometern effizient und zuverlässig aufzubauen. Die Natur mag es jedoch nicht, Einheiten mit einheitlicher Größe in Nanogröße zu erzeugen - sie haben einen höheren Energiezustand." - Jagdish "Jay" Narayan, Professor für Materialwissenschaften an der North Carolina State University und Direktor des NSF Center for Advanced Materials and Smart Structures

"Kontrollierte Verarbeitung und Selbstmontage in drei Dimensionen sind erforderlich, da Sie diese Strukturen nicht erstellen und dann zusammenbauen können. Sie sind zu klein. Um diese Technologie nutzen zu können, müssen Sie sich selbst zusammenbauen und sie muss dreidimensional sein . " - Jagdish "Jay" Narayan

"In der Vergangenheit konnten wir nur einschichtige Strukturen herstellen und eine 3-D-Selbstorganisation war nicht möglich. Wir konnten das Medium nicht kontrollieren. Mit dieser Entwicklung können wir nun das Medium kontrollieren und eine 3-D-Selbstorganisation durchführen Noch wichtiger ist, dass wir die Größe in verschiedenen Ebenen und die Funktionalität in verschiedenen Tiefen ändern können. " - Jagdish "Jay" Narayan

"Die Forschung liefert das Grundgerüst für nanostrukturierte Materialien für die Informationsspeicherung, Spin-Transistoren, Einzelelektronentransistoren und Hydrid-Bauelemente, superharte Beschichtungen und neuartige Biomaterialien." - Jagdish "Jay" Narayan

"In den bisher erstellten 6-10-nm-Punkten können wir die Spinmuster steuern - der Spin speichert das Informationsbit. Unter der Annahme, dass ein magnetischer 7-nm-Nanopunkt ein Informationsbit speichert, können wir über 10 Billionen erreichen." Bits pro Quadratzoll, was fast dem 500-fachen der vorhandenen Speicherdichte entspricht. " - Jagdish "Jay" Narayan

Von Experten bei NSF:
"Narayan hat die Grundkonzepte der Selbstorganisation verwendet, um ein 3-D-Array von Nanopunkten zu erstellen, das wichtige Anwendungen in Beleuchtung, Lasern, Spintronik und optischen Geräten haben kann. Wenn es für praktische Anwendungen in den nächsten 2-3 Jahren entwickelt wird, wird das Nanodot-Beleuchtungssysteme können erhebliche ökologische, wirtschaftliche und energiesparende Vorteile haben. " - Mihail C. Roco, Senior Advisor für Nanotechnologie, NSF

"Die Studie zeigt die Bedeutung der Grundlagenforschung und die Förderung technischer Innovationen. Dieses Gerät ist Teil der ersten Generation passiver Nanostrukturen und zeigt, wie man neue Phänomene und Verhaltensweisen von Materialien im Nanobereich für wirtschaftliche Vorteile nutzen kann." - Mihail C. Roco

"In gewisser Weise ist dies ein Beispiel für ein allgemeines Ziel der National Nanotechnology Initiative (NNI) der Vereinigten Staaten - die systematische Kontrolle der Nanoskala, um neue Eigenschaften und Funktionen zu erhalten." - Mihail C. Roco

"Wir schaffen Infrastruktur: NCSU hat eine Stärke im Bereich nanostrukturierter Materialien aufgebaut, und derzeit können wir einige Ergebnisse sehen, die ursprünglich nicht geplant waren." - Mihail C. Roco

"Der Ausbau der Infrastruktur für die Forschung im Nanobereich hat eine enorme Basis für wissenschaftliche Entdeckungen und potenzielle technologische Entwicklungen geschaffen. Ein ähnlicher Trend ist in der Bildung zu beobachten. Von 5 Universitäten mit Graduiertenprogrammen im Jahr 1999 haben wir jetzt etwa 270 akademische Einrichtungen mit Bachelor- und Diplomabschlüssen Programme im Bereich der Nanowissenschaften und -technik. " - Mihail C. Roco

Quelle: NSF