Транзистор из одной молекулы

Группа британских ученых под руководством доктора Вернера Хофера (Werner Hofer) из Университета г. Ливерпуль (liv.ac.uk) совместно с канадскими коллегами из Национального института нанотехнологий (nint-innt.nrc-cnrc.gc.ca/home/index_e.html) и Университета Альберты (ualberta.ca) создали уникальное электронное устройство, состоящее всего из одной молекулы. Такой молекулярный транзистор позволил ученым осуществить манипулирование электропроводностью единичной молекулы с помощью одного заряженного атома на поверхности кремния. Так, меняя зарядовое состояние этого атома, можно было заставлять молекулу проводить или не проводить электрический ток. При этом в процессе управления током был задействован всего один электрон атома кремния, тогда как в обычных транзисторах для этого требуются миллионы электронов.

Эффект без проблем наблюдался при комнатной температуре, в отличие от предшествующих экспериментов, в которых требовалось соблюдать жесткий температурный режим (близкий к абсолютному нулю).

Открытие оценивается как весьма перспективное, так как созданные в будущем с использованием новой технологии электронные устройства, например, компоненты компьютеров, смогут работать при значительно более низких напряжениях питания, будут, соответственно, производить меньше тепла, работать значительно быстрее, а стоить - меньше.

Результаты исследования были опубликованы в журнале "Nature" (Vol. 435, No. 7042, P. 658-661, 02.06.2005).

Медь быстра, но нанотрубки быстрее

Ученым из Калифорнийского университета в Ирвине (eng.uci.edu) впервые удалось экспериментально продемонстрировать возможность использования углеродных нанотрубок для передачи данных между компонентами электронных устройств (компьютеров, сотовых телефонов и т.д.) с беспрецедентно большой скоростью - 10 ГГц. Это быстрее, чем можно достигнуть, используя обычные медные или алюминиевые проводники.

Это явилось логическим шагом после того, как во многих лабораториях мира была продемонстрирована принципиальная возможность создания на основе нанотрубок сверхбыстрых транзисторов. Однако на пути создания таких же сверхскоростных микросхем имелось серьезное препятствие в связи с необходимостью использования медленных соединений между электронными элементами. Успех калифорнийских ученых позволяет надеяться на то, что это препятствие в будущем будет вполне преодолимым. В ближайшее время основное внимание сосредоточат на создании прототипов полностью нанотрубочных электрических цепей и отработке технологии их сборки.

Пресс-релиз: today.uci.edu/news/release_detail.asp?key=1337. Некоторые подробности см.: nano.ece.uci.edu/papers/PSI000052.pdf.

Мощный и яркий диодный лазер

По случаю крупной ярмарки "Лазер 2005", которая пройдет в Мюнхене 13-17 июня, ученые из берлинского Института высокочастотной техники Фердинанда Брауна (fv-berlin.de) представили свою новую линейку диодных лазеров высокой мощности. Эти устройства отличаются высоким качеством луча, стабильностью и довольно высокой выходной мощностью. Ученым удалось добиться увеличения мощности диодных лазеров с распределенной обратной связью ("distributed feedback" или DFB) до 0,5 Вт. Превосходят они существующие аналоги и по ценовому показателю - стоят значительно дешевле. Все это делает новые лазеры весьма привлекательными для применения в телекоммуникационных устройствах, например, в легированных эрбием оптоволоконных усилителях (EFA).

Высокая эффективность DFB-лазеров и чрезвычайная узость спектральной области, в которой они излучают, позволяет использовать их в устройствах удвоения частоты с помощью нелинейных кристаллов, в дисплеях, в спектроскопии, метрологии, сенсорных технологиях и атомной физике.

Пресс-релиз: fv-berlin.de/pm_archiv/2005/28-leistung.html.

Нанотрубочная вода не замерзает никогда

Физики из Национальной Аргоннской лаборатории (pns.anl.gov) открыли новое состояние воды, названное ими нанотрубочным. Молекулы такой воды, как и обычно, состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода, но их конгломерат никогда не превращается в лед, даже при температурах, близких к абсолютному нулю.

В эксперименте были использованы обычные углеродные нанотрубки диаметром в 1,4 нм и длиной 10 тысяч нм, помещенные на несколько часов в водяной пар. После того, как вода испарилась на внешней поверхности трубок, они были облучены интенсивным нейтронным потоком, который позволял за счет рассеяния прощупывать структуру вещества до мельчайших подробностей.

Такое "просвечивание" показало, что внутри нанотрубок вода приобрела необычную структуру, похожую на лед по жесткости межмолекулярных связей и на воду по высокой подвижности. Эта "ледяная вода" представляла собой что-то вроде "подкладки" внутри углеродной трубки, причем зазор между ними составлял всего 0,32 нм, сохраняла подвижность даже при 8 К и свободно перемещалась вдоль нанотрубки. При повышении температуры до комнатной "нанотрубочная вода" постепенно превращалась в обычную жидкую воду.

Исследования "нанотрубочной воды" интересны не только физикам, но и биологам, так как в организмах вода также попадает в экстремальные условия, двигаясь по капиллярам или через клеточные мембраны.

См. пресс-релиз на: anl.gov/Media_Center/News/2005/IPNS050513.html. Симуляция поведения "нанотрубочной воды" представлена на: anl.gov/Media_Center/News/2005/movies/tube.mpg (2,7 Mb).

Сергей САНЬКО

Топливный элемент на пропане

Группа ученых из Калифорнийского технологического института сделала настоящий прорыв в технологии топливных элементов. Созданный ими ТЭ сравним по размерам с обычной часовой батарейкой. Его диаметр составляет около 1 см, а выходная мощность - 0,35 Вт. Однако наиболее интересно то, что элемент работает на обычном сжиженном пропане, а не на водороде или крайне ядовитом метаноле. Смесь пропана и кислорода поступает в топливный элемент и реагирует, выделяя электричество и тепло. Конструкция элемента позволяет поддерживать необходимую для его работы температуру в 500° за счет выделяющейся при реакции теплоты. В принципе, новый ТЭ может работать с любым углеводородным топливом, однако пропан идеально подходит, поскольку легко сжижается и общедоступен. О коммерческом применении речи пока не идет, поскольку ученые считают, что еще могут существенно усовершенствовать существующий прототип. Но даже в таком виде он, по их мнению, эффективнее современных литий-ионных аккумуляторов, а сжиженный пропан обеспечивает в 2 раза более высокую энергетическую плотность, чем метанол.

Японский экзоскелет

На проходящей в Японии выставке 2005 World Expo (см. "КВ" №23) учеными из Университета Цукуба была воплощена в жизнь еще одна пришедшая из научной фантастики идея - представлен рабочий прототип экзоскелета. Устройство под названием HAL-5 (hybrid assistive limb - гибридные вспомогательные конечности) весит всего 15 кг и позволяет оператору с легкостью выполнять достаточно тяжелые физические работы. Экзоскелет представляет собой жесткий скелетообразный каркас, в суставах которого расположены двигатели, повторяющие действия оператора и таким образом усиливающие его "родные" мускулы. Экзоскелет управляется компьютером, который считывает электрические сигналы о сокращениях мышц с кожи оператора и таким образом предсказывает его движения. Более простой интерфейс придумать трудно. Дополнительная система датчиков следит за пространственным положением экзоскелета и поддерживает равновесие. Заряда аккумуляторных батарей хватает примерно на 2 часа работы. В это время оператор может ходить, подниматься по лестницам, приседать и поднимать грузы до 40 кг (сверх того, что ему под силу без помощи экзоскелета). Первоначально HAL-5 (и его предшественник HAL-3, воздействующий только на ноги) разрабатывался в качестве устройства, облегчающего жизнь престарелым японцам. Однако такое устройство вполне может применяться и для обычной работы, а также при спасательных или военных операциях (похожее устройство под названием BLEEX разрабатывается в Беркли для нужд американских военных). По мнению создателя экзоскелета, профессора Yoshiyuki Sankai, коммерческий вариант HAL-5 будет стоить порядка $20000. Что интересно, прототип разработан совместно с компанией Cyberdyne - может быть, на самом деле это замаскированный терминатор?

Константин АФАНАСЬЕВ