«Жидкий» компьютер: улавливание ионов в графене

МЕНЮ


Искусственный интеллект. Новости
Поиск
Регистрация на сайте
Сбор средств на аренду сервера для ai-news

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематика

Авторизация



RSS


RSS новости

Новостная лента форума ailab.ru


«Жидкий» компьютер, как бы дико не звучало это словосочетание, не является новой идеей в мире науки. Уже несколько десятилетий ведутся исследования, пытающиеся тем или иным способом реализовать подобную футуристическую технологию. Ученые из NIST (Национальный институт стандартов и технологий) не стали исключением. Их исследование продемонстрировало, что вычислительные логические операции могут выполняться в жидкой среде путем управляемого захвата ионов в солевом растворе плавающего графена.

Во время опытов было замечено, что пленка графена приобретает свойства полупроводника на основе кремния, то есть может выполнять функцию транзистора. Чтобы контролировать пленку, необходимо изменять напряжение. А этот процесс очень схож с тем, что происходит при изменении концентрации солей в биологических системах.

Центром внимания конечно же была пленка графена, размеры которой составляли не более 5.5 на 6.4 нм. По своей структуре пленка была словно незаконченный пазл, поскольку в середине нее было одно или несколько «отверстий» (пор), точнее сказать вакансий, окруженных атомами кислорода. Это и есть ловушка для ионов.
Вторым важным элементом эксперимента была жидкая среда, роль которой исполнила вода с хлоридом калия (KCl), распадающимся на ионы калия и хлора.
Краун-эфиры ловили ионы калия, поскольку последние имеют положительный заряд.

Графен — жидкость — напряжение

Эксперименты показали, что основным фактором, влияющим на выполнение простейших логических операций, является напряжение, возникающее на пленке графена. При низком уровне концентрации хлорида калия проявляется прямая зависимость между проводимостью и заполненностью пленки ионами. При низкой заполненности уровень проводимости высокий, и наоборот. Прямое электрическое измерение уровня напряжения пленки графена в данном эксперименте является определенной логической операцией — чтение.

Графическая модель результата улавливания ионов калия (фиолетовый) в порах, окруженных кислородом (красный), на пленке графена (серый)

Опыты показали возможность реализации чувствительного переключения, поскольку даже при незначительном изменении напряжения потенциальный заряд пленки сильно меняется. Это натолкнуло исследователей на мысль, что настраиваемое ионное улавливание можно использовать и для хранения информации, так как чувствительные транзисторы могут выполнять крайне сложные вычислительные операции в нанофлюидных устройствах.

Процесс улавливания ионов не такой самостоятельный, как может показаться. Его можно регулировать посредством применения разного напряжения по поверхности пленки.

Также удалось выяснить, что ионы, «застрявшие» в поре пленки не только блокируют проникновение через пленку других ионов, но и создают электрическое поле вокруг пленки. Дабы ион мог пройти через пленку, напряжение должно быть предельного уровня. Электрическое поле пойманных ионов увеличивает напряжение на 30 мВ, что полностью блокирует проникновение других ионов.

Если применить к пленке напряжение менее 150 мВ, ионы перестанут проникать через нее. А электрическое поле пойманных ионов мешает другим ионам вытолкнуть первых из краун-эфиров. При напряжении в 300 мВ пленка начинает пропускать ионы. Чем выше напряжение, тем больше вероятность потери пойманных ионов. Блуждающие ионы также начинают активно выталкивать пойманных, поскольку слабее электрическое поле. Эти свойства делают пленку отличным полупроводником для передачи ионов калия.

Самым важным физическим моментом возможного устройства на основе данной техники является его физический размер, который не должен превышать несколько атомов, и наличие электропроводимости. Не только графен может быть основой, а и другие материалы. Как альтернативный вариант исследователи предлагают различные варианты дихалькогенидов металлов, поскольку они обладают водоотталкивающими свойствами, и из них легко формировать пористые структуры.

Конечно, это футуризм, но не без аргументов в свою поддержку. Подобного рода исследования не только дают нам инструменты для понимания тех или иных явлений, процессов или веществ, но и ставят перед нами задачи, на первый взгляд безумные и невыполнимые, выполнение которых позволяет совершенствовать окружающий мир.


Источник: habr.com



Поддержи проект ai-news рублем. Машины верят в тебя! >>



Комментарии: