--------------------------------------------------------------------------------------------- Optimizer of Information Technology & Communication ----------------------------------------------------------------------
امنیت، سرعت و دقت را از ما بخواهید

فناوري نانوكامپيوتر

قرن بیست ویکم، قرن فناوری نانو مهمترین دوران صنعت بشمار می رود. قرن نانو، قرن سلامتی، صرفه جویی و آرامش نامیده می شود. نانو نه یک ماده است نه یک جسم، فقط یک مقیاس است، کوچک شدن یک مقیاس، نانو یک میلیاردم متر است به اندازه ای کوچک که دیده نمی شود اما باتاثیری بسیار بزرگ در زندگی انسان.

در مقیاس نانو خواص فیزیکی، شیمیایی وبیولوژیکی تک تک اتم ها، ملکول ها باخواص توده ماده متفاوت است، نانوذرات درچنین مقیاس و مشخصه های منحصر به فردی موجب پیدایش دستاوردهای نوینی درعلوم پزشکی و مهندسی می شوند.

به طورخلاصه نانو تکنولوژی به معنی انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی – ملکولی و ساخت موادی با خواص کاملا” متفاوت درابعاد نانو است. تعریف دیگر نانوتکنولوژی “با آرایش دادن ودستکاری اتم ها ساخت مواد مورد نظراست”. نانومتر، (یک میلیاردم متر) به اندازه چیدن ۵الی۱۰ اتم درکنار یگدیگر است، مکعبی باابعاد ۲٫۵ نانومتر تقریبا” ۱۰۰۰ اتم راشامل می شود. خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملا” متفاوت است. نانو در ملکولهای ماده انرژی بالایی را ایجاد می کند به همین دلیل معجزه آسا نامیده می شود.

nano01دنیای علم و فناوری بسرعت رو به رشد و پیشرفت است و هریک از علوم مسیری را برای تکامل خود در پیش می گیرد و به سمت آن حرکت می کند. با این که به نظر می رسد فناوری ها و علوم مختلف به طور مستقل از یکدیگر حرکت می کنند و برخی از آنها راهی جدا از بقیه دارد، اما در واقع همه آنها به شکلی به یکدیگر گره خورده اند. روی کار آمدن فناوری هایی نیز مانند حلقه زنجیری می تواند ۲ شاخه مختلف را به یکدیگر ارتباط دهد و وابستگی آنها را به شکلی واضح تر نمایان کند. یکی از توانمندترین و عجیب ترین فناوری های عصر حاضر فناوری نانو است که قادر است دنیا را در بسیاری از زمینه ها متحول کند و جهش بزرگی در علوم به وجود آورد. این فناوری در بسیاری زمینه ها از فیزیک و شیمی و علوم طبیعی گرفته تا علوم فنی و مهندسی و رایانه حرف های زیادی برای گفتن دارد و می توان گفت در آینده ای نه چندان دور، می توان پیشرفت جوامع را در علم فناوری به نوعی با پیشرفت آنها در این زمینه سنجید.

همان طور که از نام این فناوری بر می آید، به هر فناوری ای که در آن با مواد در مقیاس نانومتری کار شود، فناوری نانو گفته می شود. ابعاد کار در این فناوری از یک تا یکصد نانومتر است – هر نانومتر ۹ -۱۰ متر است.

به عبارتی فناوری نانو را می توان توانایی دستکاری مواد در مقیاس اتم ها و مولکول های آنها تعریف کرد. با دانستن خواص مولکول ها و اتم های مواد می توان با کنار هم چیدن آنها به قطعات و ساختارهایی دست یافت که بسیار دقیق تر و سریع تر از قطعات بزرگ تر عمل می کنند که این کارها با استفاده از واکنش های شیمیایی و یا با استفاده از میکروسکوپ های اتمی دقیق قابل انجام است.

در صنعت کامپيوتر، قابليت نانو ماشين ها براي کوچک کردن ترانزيستورها روي تراشه هاي سيليکوني مي تواند انقلابي در اين زمينه بوجود آورد. از فناوري نانو همچنين براي ساخت نسل جديدي از اجزا» کامپيوتري استفاده خواهد شد. کامپيوترهاي مولکولي مي توانند اجزايي را در خود جاي دهند که اين اجزا» تريليون ها بايت اطلاعات را در خود جاي مي دهند و اين در حالي است که کل اين ساختار از يک حبه قند بزرگتر نيست.
کامپيو ترها اطلاعات را تقريبا بدون صرف هيچ هزينه اي باز توليد مي نمايند . اقداماتي در دست اجراست تا دستگاههايي ساخته شود که تقريبا بدون هزينه شبيه عمل بيت ها در کامپيوتر اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه کنند ( کنار هم قرار دهند ). اين امر ساختن اتوماتيک محصولات را بدون نيروي کار سنتي همانند عمل کپي در ماشينهاي زيراکس ميسر مي کند. صنعت الکترونيک با روند کوچک سازي احيا مي گردد و کار در ابعاد کوچکتر منجر به ساخت ابزاري مي شود که قادر به دستکاري اتمهاي منفرد مثل پروتئينها در سيب زميني و همانند سازي اتمهاي خاک ، هوا و آب از خودشان مي گردد. نانو تکنولوژي با پيوند علم مواد، شيمي و علوم مهندسي عرصه اي را بوجود مي آورد که ماشين آلات خود تکثير کننده و محصولات خود اسمبل از اتمهاي اوليه ارزان ساخته شوند.nano02

روی کار آمدن فناوری‌هایی نیز مانند حلقه زنجیری می‌تواند ۲ شاخه مختلف را به یکدیگر ارتباط دهد و وابستگی آنها را به شکلی واضح‌تر نمایان کند لذا یکی از توانمندترین و عجیب‌ترین فناوری‌های عصر حاضر فناوری نانو است که قادر است دنیا را در بسیاری از زمینه‌ها متحول کند و جهش بزرگی در علوم به وجود آورد. این فناوری در بسیاری زمینه‌ها از فیزیک و شیمی و علوم طبیعی گرفته تا علوم فنی و مهندسی و رایانه حرف‌های زیادی برای گفتن دارد و می‌توان گفت در آینده‌ای نه‌چندان دور، می‌توان پیشرفت جوامع را در علم فناوری به نوعی با پیشرفت آنها در این زمینه سنجید.

کوچکی ، سبکی وسرعت مهم ترین رهاورد فناوری نانوبرای رایانه ها هستند. فناوری نانو روش های گوناگونی را برای افزایش سرعت پردازشگرها، ذخیره اطلاعات و بسیاری پیشرفت های دیگر ارائه می دهد. هم چنین شرایطی را برای کاربردهای جدیدی که به نیروی بیشتر پردازشگری و یا ابعاد کوچک تر و یا کاهش انرژی نیاز دارد فراهم می کند. روش های متداول در هر دوره محدودیت های خاص خودش را دارد. به طور مثال در ابعاد قبلی اجزاء سیلیکونی (با خاصیت نیمه رسانایی) احتمال خراب شدنشان بیشتر بوده است. اینجا جایی است که فناوری نانو از چند سو وارد میدان میشود.

 طراحی و ساخت مدارات الکترونیکی و تراشه‌ها

محققان و دانشمندان معتقدند طراحی و ساخت مدارات الکترونیکی و تراشه‌ها به نهایت کوچکی خود نزدیک و برای ساخت مدارات کوچک‌تر باید از روشی استفاده شود که بتواند اتم‌ها را کنار هم بچیند و آنها را سازماندهی کند و به این ترتیب مداری میکروسکوپی تولید شود که این کار چیزی جز به‌کارگیری فناوری نانو نیست. همچنین با استفاده از این فناوری و نانوساختارهای لوله‌های کربنی می‌توان به محصولی دست یافت که از مس رساناتر و وزن آن از آلومینیوم سبک‌تر و مقاومت آن از فولاد بیشتر باشد.

این محصول نیز می‌تواند در ساخت مدارات پیشرفته و مقاوم استفاده شود.همان‌طور که می‌دانیم فناوری ساخت رایانه و تجهیزات رایانه‌ای به میزان زیادی پیشرفت کرده است و طراحان سخت‌افزار موفق به ساخت انواع تجهیزات در ابعاد بسیار کوچک شده‌اند.

اما به دلیل محدودیت‌های فناوری، خالص‌سازی مواد تا حد مشخصی امکان‌پذیر است و وجود برخی ناخالص‌ها در مواد موجب افزایش مقاومت آنها می‌شود و تولید گرما را افزایش می‌دهد اما با استفاده از فناوری نانو می‌توان به ساختارهای خالص، دقیق و بسیار کوچک دست یافت که نه‌تنها رایانه‌ها را از نظر ابعاد فعلی متحول می‌کنند، بلکه سرعتی هزاران برابر سرعت رایانه‌های فعلی را خواهند داشت، ضمن این که مقاومت الکتریکی آنها پایین است و اتلاف انرژی در آنها به حداقل خواهد رسید.

امروزه ساخت ادوات الکترونیکی بر پایه مواد آلی و به عنوان جایگزینی در بسیاری از کاربردها به دلیل پروسه های ساخت ارزان قیمت و همچنین قابلتهای خاصشان، مورد توجه قرار گرفته است.از جمله معایب این ادوات سرعت عملکرد پایین تر آنها است که با پیشرفتهای حاصل شده در زمینه ساختارهای ترانزیستوری و سنتز مواد آلی، این پارامتر در حال افزایش است. استفاده از این ادوات امکان ساخت مدارهای الکترونیکی شفاف و انعطاف پذیر را فراهم می کند. از دیگر کاربردهای آنها ساخت مدارات مجتمع در سطوح بسیار وسیع در کاربردهایی مانند ساخت سنسورها، پوستهای مصنوعی و صفحات نمایش گسترده است.

پردازشگرهای سریع‌تر

پردازش گرهای امروزی از ابعاد نانومتری استفاده می کنند. هر چه ابعاد ریزتر باشد، سرعت پردازش سریع تر خواهد شد و هم چنین قدرت پردازش بالایی را می توان در فضایی کم ایجاد کرد. با این حال این پیشرفت ها در واقع ادامه تحولات قبل در حوزه میکروالکترونیک (الکترونیک در ابعاد میکرومتر) هستند و آن ها هم، زمانی تقریباً معادل پایان دهه بعدی ۲۰۱۸ به محدودیت های خود خواهند رسید. در آن زمان دیگر ریختن اطلاعات روی حافظه، نوشتن یا حک فیزیکی داده ها روی سیلیکون امکان پذیر نیست. مشکل مدار کوتاه ناشی از ضعف الکتریکی سیلیکون در ابعاد خیلی ریز (کمتر از ۲۰ نانومتر) هم در این امر دخالت دارد. از سوی دیگر نانوالکترونیک رویکرد تازه ای را در صنعت الکترونیک در زمینه انواع جدید مدارها، پردازشگرها، شیوه های ذخیره اطلاعات و حتی روش های نوینی الکترونیک نوری جهت انتقال اطلاعات دارد.

درواقع به علت محدودیت در فناوری های رایج، تولیدکنندگان پردازشگرها روی به فناوری نانو آورده اند تا نسل بعدی پردازشگرها و اجزای کامپیوتری را تولید کنند. تولیدکنندگان تراشه در صنعت کامپیوتر در مقیاس نانو کار می کنند. خیلی از شرکت ها در حال حاضر در آخرین مراحل توسعه تراشه های پردازنده با ابعادی حدود ۶۰ نانومتر هستند.

تراشه های شرکت اینتل باابعاد ۴۵ نانومتری هستند وویژگی بهتری را به معرض اجرا می گذارند که نتیجه ی پیشرفت ۱۰ تا ۱۵ درصدی حاصل از استفاده از فناوری نانو است.

در این مقیاس از ابعاد نانومتری، تراشه آسیب کمتری را از کمبود انرژی می بیند بنابراین می تواند انرژی کمتری را مصرف نماید و مقدار زیادی انرژی را هم ذخیره کند.

  1. الكترونيك و فناوري اطلاعات

 انقلاب اطلاعات، جهان پيرامون ما را به شيوۀ گسترده اي تحت تاثير قرار داده است و هوده هاي آن از اثرات انقلاب صنعتي نيز پيشي گرفته است. كليد توسعه و پيشرفت در فناوري اطلاعات، دستيابي به رايانه هايي با توان بيشتر، حجم كوچك تر و قيمت ارزان تر است. در ادامه به كاربردهاي بيشتري از اين فناوري در الكترونيك و كامپيوتر مي پردازيم.

 ۲٫۱ ذخيره سازي و حافظه ها

با استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد هزار برابر يا بيشتر افزايش داد. ذخيره سازي اطلاعات مبحثي بسيار مهم و ضروري است كه مي تواند به روش هاي مختلفي انجام شود. هم اكنون ظرفيت ديسك هاي مغناطيسي رايانه ها با استفاده از قانون مور افزايش يافته است و بازاري در حدود چهل ميليارد دلار را در اختيار دارد.

 ۲٫۱ ساخت ماشين هاي شبيه سازنده

نانو كامپيوتر و نانو اسمبلر، دو مفهوم جديدي هستند كه در “علم نانو” مطرح مي شوند. ساخت نانو اسمبلر در واقع يك هدف نهايي و مهم در نانو تكنولوژي است. نانو اسمبلر در واقع امكان تهيۀ ماشين يا مكانيك ساختاري شبيه خودش را به وجود مي آورد. زماني كه يك نانو اسمبلر كامل در دسترس باشد تقريباً همه چيز ممكن مي شود و اين مهمترين و بزرگترين خواسته دانشمندان نانو تكنولوژي است. كدام ساده تر است؛ تهيه كپي از ماشين، يا تهيۀ ماشيني كه خودش را كپي كند؟ در مقياس ماكرو مولكولي ساختن يك كپي خيلي ساده تر از ساختن ماشيني است كه بتواند خودش را كپي كند اما در تراز مولكولي اين مساله واژگونه است؛ يعني ساختن ماشيني كه بتواند خود را كپي كند كار را براي ما بارها ساده تر از ساختن ماشين ديگر مي كند و اين مهم ترين كاربرد نانو اسمبلر مي باشد. به اين ترتيب ساختن اتوماتيك محصولات بدون نيروي كار سنتي، همانند عمل كپي در ماشين هاي زيراكس، آسان مي شود.

 ۳٫۱ نيمه هادي ها؛ اساس صنعت الكترونيك كنوني

مطابق قانون مور، نعداد ترانزيستور ها در يك مدار الكترونيكي، در هر ۱۲ تا ۲۴ ماه دو برابر مي شود. به اين معني كه مدارها با گذر زمان فشرده و پيچيده تر خواهند شد. اگر چه اين قانون در دهه هاي گذشته راست بود، اما فناوري ليتوگرافي با محدوديت براي كوچك تر كردن عناصر است؛ به طوري كه پيش بيني مي شود صنعت نيمه هادي در ۱۰ سال آينده به مرز كوچك سازي برسد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري جديدي وارد عمل شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد. از دهۀ ۱۹۲۰ دانشمندان دريافتند كه ويژگي هاي مواد مانند استحكام و قابليت هدايت الكتريكي با ساختار اتمي و مولكولي آنها تعيين مي شود. بعد ها دانش فوق منجر به ساخت مواد نيمه هادي شد كه پايۀ صنعت الكترونيك كنوني است. در صنعت كامپيوتر، قابليت نانو ماشين ها براي كوچك كردن ترانزيستورها رو تراشه هاي سيليكوني مي تواند انقلابي در اين زمينه بوجود آورد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري نو و تازه اي بكارگرفته شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد.

 ۴٫۱ ابر خازن هاي الكتروشيميايي

ابر خازنها داراي ظرفيت بالايي مي باشند و به صورت بالقوه قابل استفاده در قطعه هاي الكترونيكي هستند. اين ابر خازن ها داراي دو الكترود هستند كه به وسيلۀ يك مادۀ عايق كه در قطعه هاي الكترو شيميايي داراي رسانايي يوني مي باشد، از هم جدا مي شوند. ظرفيت يك ابر خازن شيميايي نسبت واژگونه با بار روي الكترود، و شمارگر بار در الكتروليت دارد. از ابر خازن هاي نانو لوله، براي ذخيرۀ انرژي استفاده مي شود. به طور كلي گفته مي شود كه توجه بيشتر در اين مورد، با ذخيرۀ بار فرق مي كند.

  1. الكترونيك مولكولي

 ۲٫۱ نانو تيوب هاي كربني در نانو الكترونيك

نانو تيوب هاي كربني داراي كاربردهاي بسيار در زمينۀ نانو الكترونيك و همچنين نانو كامپيوترها دارند. از كاربردهاي بي شمار نانو لوله ها مي توان به كارگيري به عنوان عايق، رسانا و نيمه رسانا و يا نيمه هادي استفاده كرد.

 ۲٫۱٫۱ خواص رسانايي الكتريكي در نانو تيوب ها

نانو لوله ها بسته به بردار كايرالشان رسانندگي متفاوتي از خود نشان مي دهند. البته رسانايي آنها به قطر نانو لوله ها نيز بستگي دارد؛ به اين صورت كه نانو لوله هايي با قطر كوچك، رسانا يا نيمه رسانا هستند. نانو لوله هاي تك ديواره با بردارهاي كايرال متفاوت، ويژگي هاي متفاوت با يكديگر دارند. از جمله فعاليت اُپتيكي، استحكام مكانيكي و هدايت الكتريكي آن ها با هم فرق دارد. از انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي، نانو تيوب هاي زيگزاگ، آرميچر و نا متقارن هستند. همه ي ساختارهاي ممكن نانو لوله تك ديواره با بردارهاي كايرال با انتقال يافتن دو محدوده اي كه در شكل نشان داده شده است مي تواند شكل گيرد، كه n و m صحيح اند و در نانو لوله هاي زيگزاگ، θ<30 يا m≤n مي باشد. جهت محور نانو لوله عمود بر بردار كايرال است. Ch در نانو لوله هاي كربني از na1+ma2 به دست مي آيد كه a1 و a2 بردارهاي شبكه و كوچكترين قطرهاي شش ضلعي نانو لوله ها هستند و m و n اعدادي صحيح اند. بردار كايرال با بردار Ch = na1+ma2 و زاويۀ كايرال با محور زيگزاگ تعريف مي شود.

 ۲٫۱٫۲ انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي

اگر زاويۀ ۰=θ يا n,0 ، نانو لوله از نوع زيگزاگ خواهد بود. در صورتي كه (n-m)/3 شماري صحيح باشد نانو لوله از نوع فلزي است. در غير اين صورت از نوع نيمه هادي است.

در صورتي كه ۳۰=θ يا n≤m باشد، نانو لوله از نوع آرميچر خواهد بود. نانو لوله هاي آرميچر همه از نوع فلزي هستند.

در غير از اين دو حالت فوق، نانو لوله از نوع متقارن يا كايرال است كه داراي خواص رسانايي بسيار كمي مي باشد. n≠m , n≠۰

 ۲٫۲ الكترونيك مولكولي با نانو لوله ها

مثال هايي از كاربرد بالقوۀ نانو لوله ها به عنوان قطعه هاي گسيلندۀ ميداني را مي توان نمايش دهنده هاي صفحات تخت، لوله هاي تخليۀ گاز در شبكه هاي مخابراتي، تفنگ هاي الكتروني براي ميكروسكوپ الكتروني، سوزن هاي ميكروسكوپ اتمي روبشي و تقويت كننده هاي ميكرو موج نام برد.

۳٫۲سيستم هاي نانو الكترو مكانيكي (NEMS)

سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) عمدتاً مانند ويفرهاي سيليكوني به روش فتوليتوگرافي ساخته مي شوند. اين سيستم ها در ابزارهايي مانند سنسورها، پمپ ها و روتورها استفاده مي شوند. در حال حاضر، MEMS يك صنعت ۱۱ ميليارد دلاري است. در اين زمينه حركت از مقياس ميكرو به سمت نانو، امكانات و قابليت هاي جديدي را براي سيستم هاي الكترومكانيكي ايجاد مي كند. با وجود اين، فقدان انگيزه هاي كافي اقتصادي براي كوچك كردن ماشين ها تا مقياس نانو، باعث شده است كه تكامل سيستم هاي نانو الكترومكانيكي از روند آرامي برخوردار باشد.

يكي از اهداف نانو فناوري پيشرفت در زمينۀ الكترونيك و علوم كامپيوتر، براي ساخت حافظه ها و تراشه ها با قابليت بيشتر، و هزينۀ كمتر است. همان طور كه در بالا توضيح داده شد، دستيابي به اهداف در اين زمينه نقص هاي بسياري در ماشين ها را برطرف خواهد كرد. به خصوص حافظه ها و اسمبلرها، كه انقلاب عظيمي در صنعت الكترونيك، در حوزۀ فناوري نانو خواهد بود.

استاد برجسته علوم پلیمری و مهندسی دانشگاه ماساچوست با بیان اینکه یک دهه تا نانو رایانه ها فاصله داریم، گفت: به لطف توسعه دانش نانو تجهیزات الکترونیکی آینده از جمله رایانه ها به صورت باورنکردنی کوچک خواهند بود و می توان از هم اکنون متصور شد که تا ۱۰ سال آینده مفهومی تحت عنوان “نانو رایانه ها” به واقعیت تبدیل شود.

**** ورود شما را به اين سايت علمي آموزشي خوش آمد مي گوييم و منتظر نقطه نظرات ارزشمند شما هستيم ****    
Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect. برو به بالا