Журнал "Компьютерра" №770
Шрифт:
Собственно считывание информации ведется с помощью иголки сканирующего туннельного микроскопа, а запись - путем размещения на поверхности меди молекул монооксида углерода той же самой иголкой. Вот только носителем информации в данном случае являются не молекулы, а создаваемая ими структура стоячих волн электронной плотности, которая уже не ограничена размерами кристаллической решетки материала.
По гладкой поверхности меди, как и любого другого металла, постоянно движутся электроны, которые, подобно всем прочим квантовым частицам, одновременно ведут себя и как волны. Если на поверхность поместить посторонние молекулы, то, сталкиваясь с ними и друг с другом, волны электронов
Электронные волны во многом похожи на традиционную оптическую голограмму. Только электронная голограмма обходится без дополнительного освещения лазером и легко считывается иголкой сканирующего туннельного микроскопа.
В одной такой голограмме можно хранить сразу несколько изображений, используя электроны с разными длинами волн, аналогично тому, как в одной оптической голограмме удается хранить несколько изображений разных цветов. Другими словами, информация на поверхности меди хранится в двух пространственных и одном энергетическом измерениях.
В экспериментах ученые расположили молекулы монооксида углерода на поверхности так, чтобы закодировать в электронной плотности аббревиатуру родного университета. При этом была достигнута плотность записи информации 35 бит на один поверхностный электрон. А площадь поверхности, используемая для хранения одного бита, оказалась меньше площади, занимаемой атомом меди.
Разумеется, о реальных приложениях нового метода, разработанного в Стэнфорде, речь пока не идет. Но важно то, что еще одно, казалось бы, естественное физическое ограничение, которое рано или поздно стало бы сдерживать прогресс информационных технологий, вновь удалось преодолеть. ГА
Рукастые и головастые ребята из Университета Монаша (Австралия) умудрились изготовить пьезоэлектрический мотор диаметром всего четверть миллиметра. Он, конечно, еще слишком слаб, чтобы двигать миниатюрного робота против тока крови, но перспективы для медицины открывает широчайшие.
В последние годы методы щадящей хирургии обрели популярность у врачей и, разумеется, у пациентов. Вместо большого разреза теперь применяют специальные катетеры - тонкую трубку вводят через крупные сосуды и производят необходимые манипуляции без серьезного хирургического вмешательства.
Однако далеко не всегда с помощью катетера можно достать до нужного места - например, чтобы удалить сузившие сосуд атеросклеротические бляшки: путь может быть слишком длинен и извилист или сосуды окажутся слишком тонкими. В этом случае идеально подошли бы миниатюрные роботы, управляемые хирургом. Но они должны уметь перемещаться достаточно быстро, чтобы противодействовать току крови, а для этого нужен мощный и эффективный мотор.
Похоже, австралийцам удалось вплотную подойти к решению этой задачи. Для перемещения роботов они предложили конструкцию ультразвукового пьезомотора, диаметром 250 мкм, способного вращать похожий на жгутик бактерии винт со скоростью 1300 оборотов в минуту, развивая мощность четыре микроватта. Это примерно в пять раз меньше, чем необходимо для движения против тока крови, но экспериментаторы уверены, что их конструкция обладает большим потенциалом.
Собственно пьезомоторы были разработаны еще в восьмидесятые годы прошлого столетия и сегодня широко применяются, например, для перемещения линз фотообъективов. Но такой маленький моторчик еще никто не использовал. Австралийский агрегат состоит из цилиндрического статора со спиральной канавкой и прижатого к его торцу пьезокристалла; с другого торца статор упирается в ротор. На пьезокристалл подается переменное напряжение частотой 660 кГц, заставляющее кристалл колебаться и периодически толкать статор. Тот начинает двигаться взад-вперед и одновременно слегка поворачиваться туда-обратно из-за наличия спирального разреза. Причем собственные частоты колебаний статора подобраны так, чтобы его конец, вращаясь в одном направлении, прижимался к ротору, а при обратном ходе от него отходил. Таким образом, благодаря трению, статор приводит во вращение ротор, соединенный со жгутиковым винтом.
Ученые надеются, что им удастся значительно увеличить мощность и эффективность своего мотора, а использующие его миниатюрные роботы, возможно, будут лечить больных уже через десяток лет. ГА
Физикам из Университета Манчестера, при поддержке коллег из Голландии и России, удалось впервые синтезировать новый удивительный материал графан - лист графена, к каждому атому углерода которого присоединен один атом водорода. Свойства графана делают весьма заманчивым его использование в электронике и водородной энергетике.
Графен - надежда наноэлектроники - был открыт той же манчестерской командой в 2004-м и с тех пор не сходит со страниц научных журналов. А стабильность графана была предсказана теоретиками из Пенсильванского университета на основе компьютерного моделирования пару лет назад. С тех пор этот материал не раз пытались синтезировать, но без особого успеха. Дело в том, что для присоединения водорода к графену необходимо сначала разбить его молекулу на атомы.
А для этого обычно требуется высокая температура, которая разрушает даже прочную гексагональную структуру графена.
В Манчестере нашли способ обойти эту проблему, применив для разрушения молекул водорода электрический разряд.
Исследование электрических и структурных свойств графана показало, что в нем, в согласии с предсказаниями теоретиков, к каждому атому углерода присоединен один атом водорода.
При этом гексагональная структура графена не нарушается, но атомы углерода немного разворачиваются и сближаются друг с другом, вылезая по разные стороны от плоскости графена.
Эти изменения превращают графан в хороший диэлектрик. При нагреве графана водород улетучивается, и первоначальная структура графена полностью восстанавливается.
Благодаря своим свойствам и малой массе, графан поможет решить проблему хранения водорода. А это, как известно, главное препятствие, стоящее на пути зарождающейся водородной энергетики. Но самым интересным представляется его использование в графеновой электронике. Теперь ясно, что если присоединить водород в нужных местах графенового листа, то удастся превратить его в диэлектрик. То есть с помощью водорода на графене можно рисовать электронные схемы. Плохо, однако, что это придется делать сразу с двух сторон полотна.