在电子领域,小型化的竞争非常激烈。
辛辛那提大学的物理学家们正在努力利用纳米线的能量,这种微小的线有潜力改进太阳能电池或革新光纤。
纳米技术有潜力解决存储或检索数字数据的瓶颈,或者可以以一种全新的方式存储数据。
加州大学的教授和他们的研究生3月13日在新奥尔良举行的美国物理学会会议上介绍了他们的研究。
物理学副教授Hans-Peter Wagner和博士生Fatemesadat Mohammadi正在研究用光纤传输数据的方法,但其规模要小得多。
瓦格纳和领导作者穆罕默德正在研究这一领域,称为血浆,来自其他三所大学的研究人员。对于新颖的实验,它们用有机材料构建了纳米线半导体,在样品处烧制激光脉冲,并测量了横跨金属的光线;从技术上讲,等离子体波的激动。
“那么,如果我们成功地了解了半导体纳米线和金属膜的激发之间的耦合,它可以开辟很多新的观点,”瓦格纳说。
成功利用这种现象 - 称为等离子体波导 - 可以允许研究人员在纳米水平处用光传输数据。
世界各地的大学正在研究纳米线,这对生物医学传感器的应用普遍存在发光二极管或LED。纳米风格研究人员在3月份会议上展示了四个关于该主题的四个UC论文。
“你试图在接近原子尺度的东西上优化物理结构。你可以制造像激光器这样非常高效的设备,”加州大学物理系主任利·史密斯说。
史密斯和UC物理学教授霍华德杰克逊还在会议上提出了纳米线的论文。几乎每个人都来自这一研究线的好处,即使潜在的最新生物传感器的量子力学超过了休闲理解。例如,家庭妊娠试验使用金纳米颗粒 - 变色的指示灯。
“人们总是在使用他们不理解的技术,”史密斯说。“阿瑟·c·克拉克说过,‘任何足够先进的技术都与魔法无异’。”
英特尔公司(Intel Corp.)联合创始人戈登•摩尔(Gordon Moore)注意到,自上世纪70年代以来,用于微芯片的晶体管数量大约每两年就增加一倍。这种现象,现在被称为摩尔定律,表明计算机处理能力以可预测的速度提高。
一些计算机科学家预测,摩尔定律的消亡是通过微处理器的出现不可避免的。但消费者技术协会研究与技术高级副总裁Brian Markwalter表示,纳米技术正在延长该概念的寿命。他的贸易集团占2870亿美元的技术产业的2,200名成员。
“这不是一个小的比赛只是最小的。能够在较小的芯片上做更多的进展。他说,对消费者对消费者的影响是每年都会得到更好的价格和更好的产品,“他说。
Markwalter说,纳米技术正在开辟一个新的可能性的宇宙。
“这几乎是不可思议的。它们变得更好、更快、更便宜、耗电更少。”
Markwalter表示,UC教授WAGNER的研究是令人兴奋的,因为它显示了使用光学开关在尝试存储或删除数据时发生的数据传输中发生的瓶颈的承诺。
马克沃尔特说:“将半导体世界和光学世界融合在一起确实是一个突破性的领域。”“[瓦格纳的]研究光纤和光子学的交叉点。”
但即使是纳米技术也有其局限性,史密斯说。
“我们正在利用现有技术在物理上实现的限制,”史密斯说。“挑战非常庞大。在10或20年内,我们必须是我们制造结构的基本范式转变。如果我们没有,我们不会抓住我们现在的同一个地方。“
加州大学的实验是如何进行的
加州大学研究生Mohammadi和Wagner向半导体纳米线发射激光脉冲来激发电子,这些电子被称为激子,激子可以作为能量泵,引导等离子体波穿过只有几纳米厚的金属涂层,而不损失能量,这是一种恼人的物理特性,叫做电阻率
它们测量所产生的纳米线的发光,以观察光线如何耦合到金属膜上。通过将光线送到金属膜上,一天的研究人员可以在纳米水平下传输带有光的数据。
“发光是我们的兴趣,”穆罕默德说。所以我们涂抹了他们,看看:光致发光的特征如何变化?“
为了使半导体制作,它们使用称为高真空有机分子束沉积的技术,以在氮化镓纳米棒上涂布有机和金属层。
Wagner说,有机薄膜的使用是加州大学实验中独一无二的。该薄膜作为间隔体,控制纳米线中的激子与被称为等离子体的金属电子之间的能量流动。
他说,有机材料还有一个额外的好处,那就是它还含有激子,如果安排得当,就可以支持半导体中的能量流动。
在纳米棒上涂上金会显著缩短激子发射的寿命,导致所谓的淬灭光致发光。但是,通过在纳米棒和金薄膜之间使用有机间隔,研究人员能够将发射寿命延长到几乎相当于没有涂层的纳米棒。
一旦镀金样品准备好,他们就把它带到邻近的实验室,用激光脉冲照射。
穆罕默迪说,他们花了好几天的艰苦工作,才把这个小城市里的镜子和光束分离器以精确的角度固定在实验工作台上。
纳米线中的反应只有10个皮秒,这是一秒钟的数量。并且激光脉冲仍然更快 - 20 Femtoseconds,一个人在它之后的15个零点或秒的四倍。
加州大学的这个项目使用了一层金色的涂层,这样以后可以在没有氧化风险的情况下进行重复实验。但是穆罕默迪说,像银这样的传统涂料更有希望。
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