O que é nanoeletrônica e como funciona

O campo da eletrônica envolvido no desenvolvimento de fundamentos físicos e tecnológicos para a construção de circuitos eletrônicos integrados com tamanhos de elemento inferiores a 100 nanômetros é chamado nanoeletrônica. O próprio termo "nanoeletrônica" reflete a transição da microeletrônica dos semicondutores modernos, onde os tamanhos dos elementos são medidos em unidades de micrômetros, para elementos menores com tamanhos de dezenas de nanômetros.

Com a transição para a nanoescala, os efeitos quânticos começam a dominar os esquemas, revelando muitas novas propriedades e, consequentemente, marcando as perspectivas de seu uso útil. E se, para os efeitos quânticos da microeletrônica, muitas vezes permaneceu parasitário, porque, por exemplo, com a diminuição do tamanho do transistor, o efeito do túnel começa a interferir em sua operação, então a nanoeletrônica, pelo contrário, é chamada a usar esses efeitos como base para a eletrônica nano-heteroestruturada.

Cada um de nós usa eletrônicos todos os dias e, com certeza, muitas pessoas já percebem algumas tendências definidas. A memória nos computadores está aumentando, os processadores estão se tornando mais produtivos e os tamanhos dos dispositivos estão diminuindo. Qual o motivo disso?

Primeiro, com uma mudança nas dimensões físicas dos elementos dos microcircuitos, a partir dos quais todos os dispositivos eletrônicos são essencialmente construídos. Embora a física dos processos permaneça aproximadamente a mesma hoje, os tamanhos dos dispositivos estão se tornando cada vez menores. Um grande dispositivo semicondutor opera mais devagar e consome mais energia e um nanotransistor - e trabalha mais rápido e consome menos energia.

Sabe-se que todos os corpos materiais são compostos de átomos. E por que a eletrônica não atinge a escala atômica? Este novo campo da eletrônica permitirá resolver problemas que em uma base de silicone convencional fundamentalmente impossível de resolver.

De grande interesse é o grafeno e materiais similares de monocamada (ver artigo - Propriedades inesperadas do carbono familiar) Tais materiais, com um átomo de espessura, têm propriedades notáveis ​​que podem ser combinadas para criar vários circuitos eletrônicos.

Por exemplo, as tecnologias relacionadas à microscopia de sondas tornam possível a construção de várias estruturas de átomos individuais na superfície de um condutor em vácuo ultra-alto, simplesmente reorganizando-os. Qual não é a base para a criação de dispositivos eletrônicos monatômicos?

Manipulações de matéria no nível molecular já afetaram muitas indústrias, elas não contornaram a eletrônica. Microprocessadores e circuitos integrados são construídos dessa maneira. Os países líderes estão investindo no desenvolvimento desse caminho tecnológico - para que a transição para a nanoescala ocorra de forma mais rápida, mais ampla e melhore ainda mais.

A propósito, alguns sucessos já foram alcançados. A Intel anunciou em 2007 que um processador baseado em um elemento estrutural com um tamanho de 45 nm foi desenvolvido (introduzido pelo VIA Nano) e o próximo passo seria atingir 5 nm. A IBM alcançará 9 nm graças ao grafeno.

Nanotubos de carbono (grafeno) - Um dos nanomateriais mais promissores para a eletrônica. Eles permitem não apenas reduzir o tamanho dos transistores, mas também fornecer propriedades eletrônicas verdadeiramente revolucionárias, mecânicas e ópticas. Os nanotubos não capturam a luz, são móveis, preservam as propriedades eletrônicas dos circuitos.

Otimistas especialmente criativos já estão ansiosos para criar computadores portáteis que podem ser puxados do bolso como um jornal ou usados ​​na forma de uma pulseira na mão e, se desejado, podem ser implantados como um jornal, e todo o computador será como uma espessura de papel dobrável de tela de toque de alta resolução.

Outra perspectiva para a aplicação da nanotecnologia e o uso de nanomateriais é o desenvolvimento e a criação de discos rígidos de última geração.Em 2007, Albert Fert e Peter Grünberg receberam o Prêmio Nobel pela descoberta do efeito mecânico quântico de resistência magnética ultra-alta (efeito GMR), quando filmes finos de metal de camadas condutoras e ferromagnéticas alternadas alteram significativamente sua resistência magnética com uma mudança na direção recíproca da magnetização.

Ao controlar a magnetização da estrutura com a ajuda de um campo magnético externo, é possível criar sensores de campo magnético tão precisos e realizar uma gravação tão precisa no suporte de informações que sua densidade de armazenamento atingirá o nível atômico.

Nanoeletrônica e plasmatrônica não contornaram. As vibrações coletivas de elétrons livres dentro de um metal têm um comprimento de onda de ressonância plasmônica característico de cerca de 400 nm (para uma partícula de prata com 50 nm de tamanho). Pode-se considerar que o desenvolvimento das nanoplasmáticas começou em 2000, quando acelerou o progresso na melhoria da tecnologia para a criação de nanopartículas.

Descobriu-se que a onda eletromagnética pode ser transmitida ao longo de uma cadeia de nanopartículas de metal, estimulando oscilações plasmônicas. Essa tecnologia possibilitará a introdução de circuitos lógicos na tecnologia de computadores que podem funcionar muito mais rapidamente e transmitir mais informações do que os sistemas ópticos tradicionais, e o tamanho dos sistemas será muito menor que os ópticos aceitos.

Os líderes no campo da nanoeletrônica e da eletrônica em geral são hoje Taiwan, Coréia do Sul, Cingapura, China, Alemanha, Inglaterra e França.

Os eletrônicos mais modernos são fabricados hoje nos EUA, e o maior fabricante de eletrônicos de alta tecnologia é Taiwan, graças a investimentos de empresas japonesas e americanas.

A China é líder tradicional no campo da eletrônica de orçamento, mas aqui a situação está mudando gradualmente: mão-de-obra barata atrai investidores de empresas de alta tecnologia que planejam estabelecer sua nanoprodução na China.

A Rússia também tem um bom potencial. A base no campo de microondas, estruturas emissoras, fotodetectores, painéis solares e eletrônica de potência permite, em princípio, a criação de cidades científicas de nanotecnologia e seu desenvolvimento.

Esse potencial requer condições econômicas e organização para a pesquisa básica e o desenvolvimento científico. Tudo o resto é: a base tecnológica, pessoal promissor e um ambiente científico qualificado. Apenas grandes investimentos são necessários, e isso muitas vezes acaba sendo o calcanhar de Aquiles ...

Um exemplo da aplicação da nanotecnologia:Nanoantenas para receber energia solar