ساخت اولین مدار دیجیتال گرافینی با فرکانس 1.2 GHz

گروهی از محققین آمریکایی و ایتالیایی موفق شدند مدار دیجیتالی با گرافین بسازند که در فرکانسی بیش از یک گیگاهرتز عمل می کند.
این محققان در مقاله ای در مجله اکت نانو فرایند ساخت و همچنین کارایی و محدودیت های این نوع مدار دیجیتال را شرح دادند.

محققان در تمام دنیا به گرافین به عنوان ماده ای که محدودیت های کوچک سازی سیلیکون را رفع می کند می نگرند آنها معتقدن با این تک لایه نازک از کربن می توان ترانزیستورهایی زیر 10 نانومتر ساخت.
الکترون ها در گرافین مانند اجسام بدون جرم رفتار می کنند که همین عامل موجب می شود ابزار های ساخته شده با گرافین خیلی سریع باشند.
مشکلی که هست بر خلاف دیگر مواد مورد استفاده در ترانزیستورها گرافین نیمه رسانا نیست برای همین برای استفاده از آن باید از مواد دیگری نیز در کنار آن استفاده کنیم.
در این کار محققان حلقه ای نوسان ساز ( برای سنجش حداکثر کارایی ) از گرافین و ماده ای مرکب ساختند. برای ایجاد اتصال قوی تر بین گرافین و ماده مرکب این گروه ماده مورد نظر را مستقیما بر روی گرافین رشد دادند.
More information: Gigahertz Integrated Graphene Ring Oscillators, ACS Nano, Article ASAP. DOI: 10.1021/nn401933v

نانو ساختارها: امید به تحول سلول های خورشیدی

در سلول های خورشیدی همیشه رقابتی بین نازک بودن و کلفت بودن سلول وجود داشته است.
سلول های کلفت نور بیشتری جذب می کند و سلول های نازک بازده ی بیشتری در تولید حامل های بار دارد.
اخیرا دانشمندان روش هایی بر مبنای نانوسیم های نیمه رسانا ابداع کردند که بر اساس ساختار نانوسیم موجب افزایش جذب نور نسبت به نمونه های لایه نازک سلول خورشیدی می شود.
نانوسیم فلزی که با لایه ی نازکی از نیمه رسانا پوشیده شده ذاتا جذب نور بهتری از خود نشان می دهد.
هسته ی فلزی این نانوسیم ها موجب افزایش تولید حامل های بار می شود.
این کار توسط دانشمندان مرکز نانوفوتونیک شهر آمستردام در هلند انجام شده و در مجله نانو لتر چاپ شده است.

A paper on the new devices by Sander A. Mann and Erik C. Garnett at the Center for Nanophotonics at FOM Institute AMOLF in Amsterdam, The Netherlands, will be published in a future issue of Nano Letters.
DOI: 10.1021/nl401179h     Phys.ORG
 

بزودی : نمایشگرهای موبایل خود شارژ شونده

امروزه یکی از مشکلات توسعه موبایل ها باتری های آنهاست. تلاش برای نازک کردن سبک کردن و البته ارزان کردن .

استارت آپ فرانسوی که تنها 30 نیروی کار دارد به فکر حل این مشکل است.
راه حل SunPartner Group استفاده از یک پنل خورشیدی در جلوی نمایشگر موبایل است. البته ایده مشابهی پیش از این توسط سامسونگ (Samsung Crest) و شارپ (Sharp Solar Hybrid) به نمایش گذاشته شده بود با این تفاوت که پنل خورشیدی در پشت موبایل قرار می گرفت.
نور خورشید از محدوده مادون قرمز شروع می شود و تا ماوراء بنفش ادامه دارد از انجایی که نمایشگر موبایل تنها در محدوده مرئی عمل می کند می توان از امواج مادون قرمز و ماوراء بنفش برای تولید الکتریسیته استفاده کرد. تنها مشکلی که می ماند این است که این پنل نسبت به نور مرئی باید کاملا شفاف باشد. نمونه های ساخته شده شفافیت حدود 82 در صد دارند که قرار است تا 90 درصد افزایش یابد.

کامپیوترهای انعطاف پذیر در راهند: جوهر گرافینی

گرافین لایه از کربن  به ضخامت تنها یک اتم است که خواص نوری و الکترونیکی ویژه ای دارد. همین خواص موجب شده که به عقیده بیشتر محققان  جانشین سیلیکون در تراشه ها خواهد شد.

حال محققان به روش تازه ای دست پیدا کردند آنها جوهری از گرافین ساختند که می تواند بر روی سطوح منعطف مدارات الکترونیکی را ایجاد کند.
محققان دانشگاه کرنل به دنبال طراحی فرایند هایی مشابه مراحل ساخت چیپ های امروزی هستند در مقابل محققان دانشگاه نورث وسترن به دنبال فرایند های INK-JET هستند که مانند یک پرینتر معمولی عمل می کند.
تصور کنید بعد از طراحی چیپ اون رو توسط دستگاه کوچکی مثل یک پرینتر روی یک سطح شفاف قابل انعطاف پرینت بگیرید.
به نظر می رسد با توسعه این فناوری شاهد نسل جدیدی از گجت ها که البته ارزان تر هم هستند باشیم.

نقاط کوانتومی آینده ی نمایشگرها را متحول خواهند کرد

نقاط کوانتومی ساختارهای بی بعد از مواد هستند که خواصیت های جالب نوری و الکترونیکی دارند.
یکی از این خواصیت های حالب حساسیت رنگ آن ها به اندازه ی آنهاست. به این صورت که از یک ترکیب معین می توان نقاط کوانتومی در اندازه های مختلف ساخت که هر کدام نوری متفاوت صاطع می کنند.
همین خاصیت موجب می شود که انگیزه ی زیادی برای کاربرد در نمایشگرها برای آن ایحاد شود.

 
در چند روز گدشته شرکت سونی نمایشگری با تکنولوژی نقاط کوانتومی دانشگاه ماساچوست ارائه کرده بود. این گروه فرایندی برای بهینه شدن  نقاط کوانتومی برای استفاده در نمایشگرها توسعه داده بودند. پیش از این نقاط کوانتومی از کادمیوم سلنید ساخته می شدند که به عقیده ی این گروه برای دستیابی به رنگ های اصیل می توان از ایندیوم فسفید استفاده کرد.

نمایشگرهای بدون شیشه می توانند تصاویر سه بعدی را نمایش دهند.

نمایشگرهای بدون شیشه ایده ی جدیدی نیست نینتندو حدود سال 2010 از آن استفاده کرده بود اما تکنولوژی آن امروز خیلی پیشرفت کرده است.

 
گروه های در سنگاپور و شرق آسیا در حال کار بر روی لایه های نازکی از پلاستیک هستند که قادر خواهد بود جایگزین شیشه ها در نمایشگرهای سه بعدی دستگاه های موبایل شود. آنها یک روش ارزان فیمت بر مبنای نانوایمپرینت توسعه داده اند تا به توان با قیمت پایین تری این لایه های نازک پلاستیکی را تولید کرد.
البته این گروه برنامه هایی برای آندروید و IOS را نیز توسعه دادند که محتوای دوبعدی را به 3 بعدی تبدیل کند تا فرایند استفاده از این تکنولوژی تسریع بخشد.

بازگشت ژرمانیوم:نسل بعد الکترونیک

قبل از سیلیکون ترانزیستورها از ژرمانیوم ساخته می شدند اما بعد از آن از چه ساخته خواهند شد.
دانشمندانی در دانشگاه ایالتی اوهایو عقیده دارند آینده ترانزیستورها دوباره در دستان ژرمانیون خواهد بود .

آنها برای این کار ساختاری دوبعدی از ژرمانیوم مشابه گرافین را ساختند. ژرمانیوم ساختار کریستالی لایه لایه دارد با کم کردن این لایه ها برای رسیدن به یک ساختار دوبعدی موجب ناپایداری ژرمانیوم و تغییر حالت آن می شویم.
محقیق اوهایو برای حل این مشکل از کلسیوم استفاده کردند آنها بین هر لایه ی ژرمانیوم اتم های کلسیوم را قرار دادند و در انتهای فرایند کلسیم ها با حل کردن در آب از ترکیب خارج کردند. حاصل این کار یک لایه از ژرمانیوم به ضخامت یک اتم شده است که به ژرمانن معروف است.
این ترکیب 10 بار از سیلیکون و 5 بار از ژرمانیوم معمولی سریعتر است.
به عقیده ی آقای گولدبرگر سیلیکون و ژرمانیوم مواد اصلی صنعت الکترونیک تا 60 سال آینده خواند بود.

آینده کامپیوترها:جانشینی دیگر برای سیلیکون

سیلیکون به عنوان پر کاربردترین عنصر در صنعت نیمه هادی و کامپیوتر روزهای سختی را در پیش خواهد داشت. با پیشروی قانون مور برای کوچک کردن پیش از پیش ترانزیستور ها مشکلات بنیادی سیلیکون روز به روز روشنتر می شود.
مشکل عمده ی ترانزیستور های کوچک سیلیکونی نشت جریان آن هاست در ابعاد ریز اثرات کوانتومی نقش مهمی بازی می کنند و تفاوت حالت بین حالت روشن و خاموش ترانزیستور را با مخاطره مواجه کرده است.
البته اینتل از دو سال پیش با ترانزیستورهای سه بعدی کمی روند فروپاشی سیلیکون را به وقفه انداخته بود اما این روند تاکی ادامه خواهد داشت؟

حال شاید بهتر باشد با بعضی از جانشین های دوبعدی سیلیکون آشنا شویم.
باید توجه کرد الکترون ها در ساختار های دوبعدی خواص بهتری مثل تحرک پذیری بالاتر از خود نشان می دهند که موجب ساخت ترانزیستورهای سریعتر می شود.
پس هدف اول ما پیدا کردن سختار هایی است که ضخامتی در حد چند نانو متر داشته باشند ( در حالت آرمانی ضخامت تنها یک لایه اتم ) یکی از مشهور ترین این ساختارها گرافین است که جایزه نوبل فیزیک را نیز برای کاشفان آن به همراه داشت.
گرافین لایه دوبعدی از کربن به ضخامت تنها یک اتم است الکترون ها در گرافین بیشترین تحرک پذیری را در بین دیگر ساختارها دارند تا حدی که برای بررسی آن باید از قوانین نسبیتی استفاده کنیم ( و قتی جسمی با سرعت زیادی قابل مقایسه با سرعت نور حرکت کند مجبوریم از قوانین نسبیت خاص استفاده کنیم حال اگر در ابعاد اتمی باشد به فیزیک کوانتومی نیز نیاز داریم که حاصل آن کوانتوم نسبیتی است ) اما یک مشکل حاد دارد.
نداشتن گاف انرژی . نیمه رسانا ها دارای گاف انرژی هستند و ترانزیستورها برای کار کردن به گاف انرژی نیاز دارند. محققیق در حال کار بر روی روش هایی هستند تا گاف انرژی را در گرافین ایجاد کنند و یا ترانزیستورها را بی نیاز از گاف انرزی کنند!

از یکی از رقیب های سنتی گرافین سولفید مولیبدیوم است که با دارا بودن بخش زیادی از خواص گرافین گاف انرژی نیز دارد. تحقیقات بر روی این ترکیب هم برای کاربرد در ترانزیستور با شتاب در حال انجام است. اما حالا رقیبی دیگر نیز وارد میدان شده است .
ژرمانن. ساختار دو بعدی از ژرمانیوم. شاید باید بع گذشته برگشت. اولین ترانزیستور از ژرمانیوم ساخته شد اما زمانی که دانشمندان با اکسید ژرمانیوم به عنوان عایق گیت به مشکل خوردند سیلیکون وارد میدان شد و ژرمانیوم را از صنعت نیمه هادی خارج کرد . شاید وقت انتقام رسیده است.

دانلود کتاب مبانی فوتونیک صالح

کتابی در ضمینه فوتونیک و اپتیک کاربردی از انتشارات وایلی
برای دانلود کلیک کنید

دانلود کتاب الکترومغناطیس نایفه

کتاب الکترومغناطیس نایفه یکی از کتاب های مشهور این درس در بین دانشجویان فیزیک است

دلیل شهرت آن نیز مثال های متنوع و کاربردی آن است

برای دانلود این کتاب کلیک کنید