Часть 3

Я уверен, что мы стоим на пороге новой революции в электронных технологиях. Революции, аналогичной той, которая произошла с изобретением микрочипа. А обеспечат её - принципиально новые материалы, которые будут использоваться в микроэлектронике. Давайте же посмотрим, каких успехов добилось мировое материаловедение в 2012 году.

Нанооптический микрочип от IBM

Корпорация IBM рассказала о прорыве в области "кремниевой нанофотоники". Её инженеры смогли создать набор устройств, в которых электрический и оптический способ передачи информации интегрирован в одной микросхеме - то есть, оптические компоненты совмещены с кремниевыми. Причем такой чип можно производить по стандартной КМОП-технологии (комплементарная логика на транзисторах типа металл-оксид-полупроводник), на имеющемся промышленном оборудовании.

Старший вице-президент и директор IBM Research Джон Келли по этому поводу заявил: "Прорыв стал результатам более чем десятилетней работы IBM. Теперь мы можем переместить данную технологию из стен лабораторий на заводы и приступить к выпуску новых микросхем, которые найдут применение в различных областях".

В числе разработанных IBM гибридных устройств - мультиплексоры, переводящие электронные сигналы в оптические на разных длинах волн, детекторы, выполняющие обратную задачу, и различные модуляторы. Все они выполнены в виде интегрированной микросхемы, а не отдельных компонентов. Одно из таких устройств - трансивер, который способен передавать данные по оптическому каналу со скоростью в 25 гигабит в секунду на канал. Благодаря использованию света разных частот устройство способно посылать несколько потоков данных в один оптический канал.

В новой разработке был использован чип, созданный ещё в 2010 году - в нём ученым впервые удалось использовать для передачи данных пульсацию света вместо обычного электрического тока. Модицифированная производственная линия позволила интегрировать в эту микросхему оптические элементы - мультипликаторы с разделением по длинам волн, модуляторы и детекторы. То есть всё, что требуется для передачи информации с помощью света.

В пресс-релизе IBM, посвящённом разработке, сказано: "Огромные объемы данных передаются по вычислительным сетям предприятий, и эти объемы продолжают неуклонно возрастать в связи с появлением новых приложений и услуг. Готовые к производству чипы на основе кремниевой фотоники помогут справиться с возрастающими требованиями к скорости передачи данных и мощности компьютеров".

Нейроны из мочи - прямо в мозг

В Китае местные ученые-биологи научились получать индуцированные стволовые клетки (iPS) мозга из клеток почечного эпителия, содержащихся в моче. Для этого клетки почечного эпителия "перепрограммируются" посредством введения в их ядра нескольких генов. По аналогичной методике в стволовые клетки можно превратить не только эпителий, но и фибробласты, клетки крови и многие другие типы клеток. Как показали эксперименты, процесс превращения эпителиальных клеток в iPS занимает всего 12 дней - это совсем немного. Далее индуцированные стволовые клетки помещались в стимулирующую нейрогенез среду, где и превращались в предшественники нейронов.

Дальнейшие эксперименты на крысах показали, что такие клетки, внедренные в мозг, становятся нормальными нейронами и не вызывают образования опухолей. Разработанный китайцами метод позволяет довольно просто получить большое количество индуцированных стволовых клеток мозга.

В графене научились создавать запрещенную зону

Ученые упорно пытаются создать транзисторы из графена - одноатомного углерода. И вот прорыв: в графене удалось создать запрещенную зону - в полупроводниках, если кто подзабыл физику, запрещённой зоной называют область энергий, отделяющую полностью заполненную электронами валентную зону от незаполненной зоны проводимости. Появление в графене запрещенной зоны превращает его в полупроводник.

Создать в графене запрещенную зону удалось, поместив его на изгибы подложки из карбида кремния. В качестве подложки был использован карбид углерода, в котором создавались специальные бороздки глубиной до 20 нанометров. Травление проводили посредством пучка электронов.

Далее на полученные борозды при высокой температуре нанесли одноатомный слой углерода. Попадая на подложку, он кристаллизовался в виде полос графена, принимавших форму складок, вытравленных в карбиде. Электронные свойства полученного материала ученые измеряли, облучая его на синхротронной установке.

Сами исследователи из Технологического института Джорджии (это они - авторы открытия) пока не могут объяснить, как именно образуется в графене запрещенная зона. И почему в тех областях, где поверхность подложки плоская, графен сохраняет свои свойства хорошего проводника. Получается, что управляя формой поверхности, можно создавать и "металлические", и "полупроводниковые" зоны на одном и том же листе графена. Когда-нибудь это свойство позволит создавать полностью углеродные микрочипы.

"Смоченный" графен

Графен продолжает преподносить сюрпризы. Оказывается, однослойный углерод сохраняет свойства смачиваемости той поверхности, на которую он нанесен. Правда, это не распространяется на сверхгидрофильные и сверхгидрофобные поверхности. Это установили Ученые из Массачусетского технологического института (MIT). Такой вывод им сперва позволило сделать компьютерное моделирование взаимодействия молекул воды с графеном. Впоследствии это было подтверждено на экспериментах с реальным веществом.

Этот эффект можно использовать в микроэлектронике: при нанесении одноатомного слоя углерода на водоотталкивающую поверхность она становится токопроводимой. Однако при этом графен сохраняет высокий уровень гидрофобности - один из самых высоких для плоских материалов.

Это открытие важно из-за того, что большинство хорошо проводящих ток материалов хорошо смачиваются - и из-за этого подвержено коррозии. А вот графен позволяет получить материалы, одновременно водоотталкивающие и токопроводящие. Хотя, судя по всему, при помощи одноатомного углерода все же не получится создать абсолютно не смачиваемые и не подверженные коррозии токопроводящие материалы.

USB-накопитель в визитке

Теперь флешку можно вставлять прямо в визитку - соответствующую технологию создала американская компания intelliPaper. Экологически чистая визитка с интегрированным носителем информации представляет собой перфорированную полосу тонкого картона, совместимую с USB-портом. Ее электронные компоненты внедрены прямо в бумагу; в накопителе от intelliPaper присутствует только один маленький кусочек кремния. В результате обычная на первый взгляд бумага несет в себе цифровые данные.

Главный недостаток - устройство перед использованием требуется оторвать от визитки. Его толщина достаточна для того, чтобы обеспечить контакт с компьютером. Правда, разработчики признают: его вряд ли удастся использовать больше, чем несколько раз. "Бумажная флешка" будет работать до тех пор, пока бумага и USB-контакты не истреплются.

Это едва ли не единственная из описываемых мною технологий, которая уже коммерциализирована. Комплект из девяти визитных карточек с интегрированными флэшками предлагается корпоративным клиентам за $50.

"Фотоэлементарная" ткань

Про ткань, способную вырабатывать электричество, писали уже не раз. Вот только до сих пор все представленные образцы для выработки тока использовали пьезоэлементы. Но инженеры японской компании Spheral Power смогли создать электрогенерирующую ткань с интегрированными сферическими фотоэлементами. Такие необычные фотоэлементы выглядят как бусины диаметром около 1,2 миллиметров. В солнечный день каждая такая бусина производит порядка 0,2 милливатт энергии. Преимущество такой технологии перед плоскими фотопанелями - то, что эффективность сферических фотоэлементов не зависит от угла, под которым на них падает свет.

В рамках созданной Spheral Power технологии такие бусины-фотоэлементы вплетаются в ткань вместе с соединяющими их друг с другом микроскопическими проводами. Такие же провода подключают систему к отсеку с аккумулятором. Как видно на рекламных роликах, энергии нескольких сотен таких фотобусин хватает для питания яркого светодиода. Однако разработчики пока не обнародовали более точные характеристики электрогенерирующей ткани.

Виктор ДЕМИДОВ