Закон Мура для микросхем
В 1965 году инженер Гордон Мур предсказал, что количество транзисторов на интегральной схеме, которая является предшественницей микропроцессора, будет увеличиваться в два раза примерно каждые два года. Сегодня мы называем этот прогноз законом Мура, хотя на самом деле данный закон не является научным.
Закон Мура является скорее сбывшимся пророчеством о развитии компьютерной индустрии. Производители микропроцессоров стремятся соответствовать данному закону, так как в противном случае их опередят конкуренты. Чтобы разместить больше транзисторов на одном чипе, инженеры должны проектировать транзисторы меньшего размера.
На самом первом чипе было около 2200 транзисторов. А на сегодняшний день один микропроцессорный чип способен вместить сотни миллионов транзисторов. Тем не менее, компании полны решимости спроектировать транзисторы еще меньшего размера, стараясь втиснуть как можно большее их количество в более мелкие чипы.
Уже существуют компьютерные чипы с наноразмерными транзисторами (наноразмер считается от 1 до 100 нанометров – нанометр, в свою очередь, составляет одну миллиардную метра). Транзисторы будущего должны быть еще меньше.
Структура нановолокон имеет удивительное соотношение длины с шириной. Нановолокно может быть невероятно тонким — можно создать нановолокна диаметром всего один нанометр, хотя инженеры и ученые, как правило, работают с нановолокнами шириной от 30 до 60 нанометров.
Ученые надеются, что вскоре мы сможем использовать нановолокна для создания самых маленьких транзисторов, однако на этом пути есть довольно серьезные препятствия.
Нановолокна
В зависимости от того, из чего сделано нановолокно, оно может обладать свойствами таких материалов как:
- Диэлектрика
- Полупроводника
- Металла
Диэлектрики не пропускают электрического тока, в то время как металлы являются очень хорошими проводниками. Полупроводники занимают промежуточную позицию, обладая электропроводимостью при соответствующих условиях.
Располагая полупроводники в надлежащей конфигурации, инженеры могут создать транзисторы, которые работают либо как переключатели, либо усилители.
Свойства нановолокна
Некоторые интересные — и парадоксальные – свойства, которыми обладают нанопровода, обусловлены малым размером. Когда вы работаете с предметами, которые находятся на наноуровне или даже меньше, вы сталкиваетесь с миром квантовой механики. Квантовая механика может сбивать с толку даже специалистов этой области, и очень часто она идет в разрез с классической физикой (также известной как ньютоновская физика).
К примеру, обычно электрон не может пройти через диэлектрик. Однако, если диэлектрик достаточно тонкий, электрон может проходить от одной стороны диэлектрика к другой. Это называется туннелирование электронов, но название не дает представления о том, насколько странным может быть этот процесс.
Электрон проходит от одной стороны диэлектрика к другой, фактически не проходя через сам диэлектрик или занимая место внутри него. Можно сказать, он телепортируется с одной стороны к другой. Вы можете предотвратить туннелирование электронов, используя более толстые слои диэлектрика, так как электроны могут перемещаться только на очень маленькие расстояния.
Другим интересным свойством является то, что некоторые нановолокна являются баллистическими проводниками.
В обычных проводниках электроны сталкиваются с атомами в материале проводника. Это замедляет движение электронов и создает тепло в качестве побочного продукта. В баллистических проводниках электроны могут проходить через проводник без столкновений.
Нановолокна могут эффективно проводить электричество без побочных продуктов в виде интенсивного тепла. На наноуровне свойства элементов могут сильно отличаться от ожидаемых. Например, в сыпучем виде золото имеет температуру плавления более 1000 градусов Цельсия. Уменьшая крупицы золота до размера наночастиц, вы уменьшаете и температуру его плавления, потому что, когда вы уменьшаете любую частицу до наноразмера, происходит значительное увеличение соотношения площади с объемом.
Кроме того, в наноразмере, золото ведет себя как полупроводник, но в сыпучей форме является проводником. Другие элементы также ведут себя необычно на наноуровне. В сыпучем виде алюминий не имеет магнитных свойств, но совсем небольшие группы атомов алюминия обладают собственным магнитным моментом.
Элементарные свойства, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, и то, как они, на наш взгляд, должны себя проявлять, могут не соответствовать представлениям, когда мы уменьшаем эти элементы до наноразмеров.
