211service.com
Nano Lube skulle kunna skapa ett ultratätt minne
Forskare har hjälpt till att jämna ut vägen för minneschips som är 10 till 100 gånger tätare än dagens enheter, genom att utveckla ett sätt att minska friktionen på nanoskala. Metoden kan få långtgående konsekvenser för både mikro- och nanoelektromekaniska system (MEMS och NEMS), som används för lagring och andra applikationer inom kommunikation och databehandling.
Denna figur visar den dramatiska minskningen av friktionen som uppstår när en atomkraftmikroskopspets vibreras när den rör sig över en yta. Att minska friktionen kan bidra till att skapa mycket täta minnesenheter. (Med tillstånd av Anisoara Socoliuc, University of Basel.)
Flytande smörjmedel fungerar inte på nanoskala; som ett resultat kan små mekaniska enheter slitas ut för snabbt för att vara praktiska. Nu har fysiker vid universitetet i Basel i Schweiz utvecklat en torrsmörjningsmetod som använder små vibrationer för att förhindra att delar slits ut.
Metoden, som beskrivs i det aktuella numret av Vetenskap , kan vara särskilt användbar för en ny klass av minnesenheter, banbrytande av IBM med sin Millipede-teknologi, som använder tusentals atomkraftmikroskopspetsar för att fysiskt skriva bitar till en yta genom att göra divot i ett polymersubstrat och senare läsa dem. Nanosmörjmedlet kan också användas med små roterande speglar som kan fungera som optiska routrar i kommunikationer och mekaniska omkopplare, som ersätter transistorer i datorprocessorer, vilket minskar strömförbrukningen.
Enheter baserade på NEMS och MEMS är några av de mest lovande nya nanoteknikerna. Ändå har kommersialiseringen av applikationer som tusenfoting – som skulle kunna lagra över 25 DVD-skivor i ett område lika stort som ett frimärke – delvis hållits upp av slitage orsakat av friktion. Faktum är att friktion är ett särskilt problem i mikro- eller nanoenheter, där kontakter mellan ytor är små punkter som kan göra mycket skada.
När det gäller enheter i nanoskala blir denna kontaktyta mindre och mindre, så du har mindre yta där du kan avleda värme, säger Anisoara Socoliuc, fysiker vid universitetet i Basel och medförfattare till Vetenskap artikel. Detta leder till slitage. Det är väldigt lätt att bryta eller skada materialet i denna lilla skala.
I sina experiment flyttade de schweiziska forskarna en atomkraftmikroskopspets gjord av kisel över ett testmaterial av natriumklorid eller kaliumbromid. Vanligtvis skulle den ultraskarpa spetsen färdas på ett stick-and-slip-sätt, eftersom friktion upprepade gånger byggs upp tills spetsen plötsligt lossnar. (Samma fysiska mekanism står för pipiga dörrgångjärn.) Forskarna löste problemet med klibbiga spetsar genom att oscillera spetsarna med hjälp av växlande spänningar. Vibrationerna, som är så små att spetsen håller sig i kontinuerlig kontakt med materialet, hindrar energi från att byggas upp och plötsligt släpps ut. Som ett resultat minskar friktionen 100 gånger.
Flera andra nanosmörjningsmetoder har prövats, inklusive att sakta ner rörelsen av mekaniska delar till en krypning; men dessa har varit opraktiska – många enheter måste till exempel röra sig i relativt höga hastigheter. I en tidigare studie visade författarna till det aktuella arbetet också att en försiktig minskning av trycket mellan två ytor kan minska friktionen; men detta visade sig vara svårt att kontrollera.
Den nya metoden, som lovar att bli mycket mer praktisk, löser en viktig del av slitageproblemen som minskar tillförlitligheten hos minneschips av Millipede-typ, säger Georgia Tech maskiningenjörsprofessor William King, som arbetat på IBM:s Tusenfotssystem och nu är forskare. rådgivare för ett nystartat företag, Nanochip , i Freemont, CA, som utvecklar ett liknande minne baserat på MEMS och arrayer av atomkraftmikroskopi. King noterar dock att slitage från andra mekanismer, såsom kemiska förändringar i materialet över tid, fortfarande är ett problem.
Robert Carpick, professor i teknisk fysik vid University of Wisconsin-Madison, noterar att ytterligare forskning måste göras innan denna metod kan användas i faktiska MEMS och NEMS, men att det är en viktig studie. Vilka enheter kan detta möjliggöra? Det är upp till fantasin, i slutändan. Mycket återstår att göra, men det är verkligen ett anmärkningsvärt resultat, säger han.