Nanotehnologija 5. - Nanotehnološke aplikacije (Informacije in komunikacije)

Trenutni visoko tehnološki procesi so zasnovani na tradicionalnih top down procesih, kjer se je nanotehnologija potiho že predstavila. Kritična dolžina lestvice vgrajenih obsegov je že v velikosti 50nm ali celo še manj (upoštevajoč na dolžino vrat transistorjev v CPU-jih in DRAM-ih).

Nove naprave na osnovi polprevodnikov

Primer za to so spintroniki. Odvisnost upornosti materiala na zunanjem polju se imenuje magnetna upornost. Ta efekt se lahko značilno poveča za objekte nanovelikosti (npr. ko sta dve plasti feromagnetika ločena z nemagnetno plastjo, ki je debela le nekaj nanometrov). Efekt GMR (giant magneto-resistance) – prikazan na sliki – je vodil v močno povečanje shranjevanja podatkov in naredil možno, da imamo sedaj pomnilnike z več GB in celo TB... Tako imenovani TMR (tunneling magnetoresistance) je zelo podoben GMR-ju in je zasnovan na osnovi rotacijske odvisnosti elektronov, ki gredo skozi plasti feromagnetikov. GMR in TMR efekti se lahko uporabijo da dosežemo neminljive oziroma trajne spomine računalnikov, kot je tako imenovan MRAM (magnetic random acces memory).

Nove optično-elektronske naprave

V moderni komunikacijski tehnologiji se povečuje število zamenjanih analognih elektronskih naprav z novimi optično-elektronskimi napravami pristojnimi za njihovo kapaciteto. Dva obljubljajoča primera sta photonic crystlas (fotonski kristali) in quantum dots (kvantne pike).

Fotonski kristali so materiali s periodičnimi variacijami indeksa lomljenja žarkov in z zamreženo konstanto, ki je pol valovne dolžine uporabljene svetlobe. Nudijo selektivno odprtino za nadaljnjo razmnoževanje določene valovne dolžine. Namesto delcev lahko z njihovo pomočjo izbiramo točno določeno valovno dolžino svetlobe.

Kvantne pike so objekti nano velikosti, ki so lahko uporabljeni med veliko drugimi stvarmi (npr. za konstrukcijo laserjev). Prednost tega laserja pred drugimi je, da je njihova oddajna dolžina odvisna od polmera pike. Ti laserji so cenejši in nudijo večjo kvaliteto žarka kot pa navadne laserske diode.

Ekrani

Produkcija ekranov z nizko porabo se lahko doseže preko karbonskih nanocevk, ki so električno prevodne in uporabne zaradi njihove majhnosti. Lahko so uporabljeni kot polje oddajalcev z izjemno visoko učinkovitostjo. Princip operacije je podoben katodni cevi, ampak na močno manjši dolžinski lestvici.

Nanologija

Nanologija posega na področje računalniških vezij (nanočip – na sliki), ki so bila do sedaj več ali manj linearna, torej zgrajena iz zaporednih linearnih vezij. Ideja nanologije je izkoriščanje novih, bolj zapletenih vezij za izvršitev funkcij, ki se ujemajo z matematičnimi operacijami: intervali, razdeljeni intervali… Preprosti nanoelektronski krogi so lahko narejeni, da predstavijo sete in sete operacij, razporeditev takih naprav pa je določena z matematičnim procesorjem, ki je zmožen rešiti problem. Ta je lahko izražen kakor v realnem svetu. Nanologija bo najbolj pomembna za človeško pomembne probleme kot so neprepričanost, dvoumnost, morda tudi čustva…

Kvantni računalniki

Popolnoma novi pristopi izkoriščanja zakonov kvantne mehanike se odražajo tudi v naprednih kvantnih računalnikih, ki dajejo možnost uporabe kvantnih algoritmov.

Kvantni računalnik bo imel kvanten-bit spomin narejen za več ocenitev hkrati. Pričakujejo se v bližnji prihodnosti; ko prebirate te vrstice pa morda že obstajajo glede na eksponentno hiter razvoj.