IBMs 'Noise Free' Nano Lab

Den här veckan tillkännagav IBM planer på att bygga världens största bullerfria nanoelektroniska tillverkningsanläggningar i Schweiz. Genom att skärma av utrustning från externt elektromagnetiskt, termiskt och seismiskt brus bör de nya anläggningarna hjälpa till att främja forskning inom ett brett spektrum av områden, såsom spintronik, kolbaserade enheter och nanofotonik, säger IBM.

Blockera buller: En konstnärs rendering (överst) visar designen av IBM:s nya nanotekniska forskningsanläggningar i Zürich, Schweiz, som kommer att inkludera världens största ljudfria labb. Testbänkar i varje labb (nederst) kommer att vila på seismiska block monterade på pneumatiska fjädrar. Labbens dubbelgolv kommer att eliminera vibrationer, inklusive de som orsakas av att människor kommer in i rummet.

När elektronikforskningen går över till allt mindre skalor blir en stabil laboratoriemiljö allt viktigare, säger Matthias Kaiserswerth, chef för IBM Zurich Research Laboratory . Om du försöker designa en ny transistor genom att manipulera enskilda elektroner som rör sig genom ett kolnanorör, kan varje störning – en lastbil som mullrar förbi eller en närliggande dammsugare – störa ditt experiment och lämna dig med irreproducerbara resultat.

Det vi försöker komma fram till är något som verkligen är ljudfritt, som skyddar mot alla dessa influenser, säger Kaiserswerth. Så småningom, säger Kaiserswerth, kommer den här typen av anläggningar att bli för nanoelektronik vad rena rum är för konventionell kiselelektronik.

Henry Smith , meddirektör för MIT:s Nanostructures Laboratory, är inte så säker. Det finns inga säkra bevis för att sådana anläggningar behövs, säger han. Aktiv isolering av vibrationer är en bättre lösning och till mycket lägre kostnad.

Men Xiang Zhang , chef för Nano-Scale Science and Engineering Center vid University of California, Berkeley, säger att det är just IBM:s vilja att ta risker med sin nya anläggning som kommer att skapa spänning i nanotekniksamhället. Det är ett gott tecken, säger han.

De nya labbet är en del av en anläggning på 90 miljoner dollar, 65 000 kvadratmeter som byggs av IBM i samarbete med det schweiziska federala tekniska institutet, också det i Zürich. En tredjedel av 90 miljoner dollar kommer att gå till att bygga 10 000 kvadratmeter renrumsanläggningar och 2 000 kvadratmeter bullerfria labb. Även om nanotekniska laboratorier på andra håll är skärmade på olika sätt, säger Kaiserswerth, kommer dessa 200 kvadratmeter att vara unika. Dessa ljudfria labb kommer att ge oss en konkurrensfördel så att vi kan gå framåt snabbare.

IBM är i branschen för att göra datorchips, säger Kaiserswerth. Men vi har kämpat under de senaste åren för att möta Moores lag när det gäller att fördubbla antalet transistorer på ett chip och fördubbla klockfrekvensen. Tekniker som industrin traditionellt har använt för att öka kretstätheten börjar stöta mot kiselns grundläggande fysiska gränser. Så många företag och forskningscentra försöker utveckla nya sätt att lagra information och utföra beräkningar.

Till exempel tittar IBM på att bygga transistorer från nanotrådar, använda små magnetiska krafter som utövas av elektroner för att lagra information och sakta ner och böja ljus på sätt som gör det möjligt att utföra beräkningar med fotoner istället för elektroner.

Men med dessa nya tekniker kommer nya utmaningar. När du väl går in i forskning i atomskala har du att göra med mycket låga energinivåer, och därför behöver du mycket känsliga instrument, säger Kaiserswerth. Och ju känsligare instrumentet är, desto mer känsligt är det för störningar i miljön. Varje gång vi köpte en ny utrustning, säger Paul Seidler, IBM Zürichs vetenskaps- och teknikchef, måste vi fundera hårt på vilket labb som var mest lämpligt.

Och i takt med att nanotekniken utvecklas för att göra allt mindre strukturer som kräver högre precision, kommer många labb alltmer att tycka att detta är ett problem, säger Kaiserswerth. Zhang håller med. Det är något som branschen måste ta itu med, säger han.

Varje labb i IBMs nya anläggning kommer att ha testbänkar monterade på separata betongblock, elastiskt uppburna av pneumatiska spjäll. Dessa kommer i sin tur att monteras på vibrationsdämpande betongplattor med hög massa. Detta dubbelgolv kommer att eliminera jämna vibrationer som orsakas av människor som kommer in i rummet.

På liknande sätt kommer labben effektivt att vara inneslutna i burar som fungerar som passiva elektromagnetiska sköldar för att skydda mot permanenta elektromagnetiska fält, som de som orsakas av närliggande järnvägar eller andra labb. Sensorbaserad aktiv avskärmning kommer att kompensera för eventuella periodiska elektromagnetiska störningar. Vi kan skärma ner till fem nanotesla, eller en 10 000-del av jordens magnetfält, säger Kaiserswerth.

Det här är nästa nivå av precision, säger Seidler. I många avseenden är det en indikation på att nanoelektroniken har kommit.

Dölj