Рисунок 1. Схематическое изображение процесса создания массива RRAM-памяти на графеновой подложке.
Технологии производства микросхем не стоят на месте, ведущие концерны в борьбе за рынок штурмуют наномир и объявляют о грандиозных планах развития уже не микро-, а наноэлектроники. Одно из ключевых составляющих любого компьютерного устройства – память, а в частности, энергонезависимая память, которая на сегодняшний день является основой всех коммуникаторов, нетбуков, телефонов и т.д. RRAM (резистивная память с произвольным доступом) – новое поколение энергонезависимой памяти, основанной на использовании двух устойчивых состояний диэлектрика: состояние с высоким сопротивлением и состояние с низким сопротивлением, переключение между которыми осуществляется путём приложения внешнего напряжения.

Читать далее...

Компьютерную модель разрушения графена при деформации построили инженеры университета Колумбии в Нью-Йорке (Columbia University). На её основе учёные высказали предположение, что один из самых прочных материалов в конце концов просто испарится.

Выносливость обычного материала определяется наличием в нём дефектов. В идеальном кристалле (в случае графена – атомарной плоскости) ломаться вроде бы и нечему, но при повышении нагрузки выше некоего порога связи между атомами всё же рушатся.

Модель предсказала, что при определённых условиях графен претерпит фазовое превращение – развалится на кольца бензола, то есть по сути испарится. Однако у Марианетти и Ивик возникла проблема: их вычисления показали, что произойдёт это при значении деформации, которое значительно ниже наблюдаемого в ходе опытов, когда исследователи измеряли прочность данного материала.


В эксперименте по изучению прочности листы графена расположили над отверстиями в подложке из SiO2 (диаметром порядка 2 нанометров), после чего на них сверху надавил алмазный наконечник зонда атомно-силового микроскопа. Так выяснилось, что прочность материала примерно в 200 раз выше, чем у стали (иллюстрация Columbia University).
Читать далее...

Группа ученых из Колумбийского университета (Columbia University), Государственного университета Аризоны (Arizona State University), Университета Мичигана (University of Michigan) и Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology – Caltech) сконструировала автономный молекулярный «робот» из ДНК, способный автономно начинать движение, перемещаться, менять направление и останавливаться, двигаясь по цепочкам ДНК.



Читать далее...

Доклад академика В.П. Скулачева
«Геропротекторы нового поколения: проникающие катионы как нанотранспортеры антиоксидантов в митохондрии»
на форуме «Роснанотех-2009», секция «Нанотехнологии в медицине: иммунобиологические препараты и адресная доставка лекарств».
Опубликовано на сайте Abercade.

Недавно нами была разработана концепция, предполагающая, что старение – это генетически запрограммированный процесс, являющийся последней стадией индивидуального развития организма (онтогенеза). Мы полагаем, что программа старения появилась в процессе биологической эволюции как способ ускорения этой эволюции. В рамках такой концепции старение человека нужно рассматривать как атавизм, так как люди уже не зависят от эволюции, поскольку она осуществляется слишком медленно.

Если старение запрограммировано, то нарушение этой программы может предотвратить старение точно также, как и ингибирование программы клеточной смерти (апоптоза) предотвращает гибель клетки. Существует множество указаний на то, что программа старения приводит к угасанию физиологических функций организма за счет действия токсических производных О2 (активных форм кислорода, АФК), которые образуются в митохондриях, внутриклеточных органеллах, служащих основными потребителями О2 в клетке. Поэтому антиоксиданты, адресованные в митохондрии, могут быть ингибиторами программы старения. Для исследования этой возможности был сформирован проект с участием нескольких групп исследователей из России, Швеции и США . Был синтезирован новый тип соединений (SkQ), состоящих из пластохинона (антиоксидантная часть), проникающего катиона и деканового или пентанового линкера (рис.1).


Рис. 1. Формулы SkQ1 (слева) и С12ТРР (справа)

Рабочая гипотеза заключалась в том, что такие положительно заряженные соединения будут специфически накапливаться в 2 нм слое внутренней митохондриальной мембраны, т.к. данные органеллы являются единственным отрицательно заряженным отсеком живой клетки. В этом случае, катионная часть молекулы SkQ может служить «электрическим локомотивом» нанометрового размера, транспортирующим антиоксидант.
Читать далее...

Экспериментальные светильники авторы новой технологии собирали буквально на коленке. Пока эти образцы служат лишь полигоном для уточнения всех аспектов процесса изготовления и для настройки параметров излучения (фото RTI International).

Внедрение новых типов источников света зачастую тормозится каким-нибудь отрицательным свойством новинки. То она дорога, то её выпуск негативно влияет на природу, то параметры излучения не идеальны… Получить всё самое лучшее и непременно "в одном флаконе" – непросто. Но учёные и инженеры не прекращают поиск. И он порой рождает любопытные вещи.

Американская компания RTI International экспериментирует с применением в качестве основы для светильника фотолюминесцентных нановолокон (photoluminescent nanofibers — PLN). По мнению её специалистов, это сулит целый ряд выгод: тут и экономия энергии, и защита природы от токсичных отходов.

Не размениваясь на создание единичных светящихся нитей, новаторы из RTI решили извлечь максимум пользы из формирования целого конгломерата (матов) из полимерных нановолокон, организующихся в подобие трёхмерной сети с заданными свойствами.
Читать далее...

Поверхность новой солнечной батареи под микроскопом (фото Caltech/Michael Kelzenberg).

Опытный прототип эффективной солнечной батареи, содержащей примерно в 50-100 раз меньше кремния, чем классическая, да к тому же батареи гибкой — удалось получить благодаря "свежему" сочетанию известных материалов и хитроумному структурированию ячейки. Несколько таких образцов построены в Калифорнийском технологическом институте (Caltech).

Новый массив поглощает до 96% солнечных лучей на одной из длин волн и солидные 85% от всего падающего солнечного света. Это рекорд для материалов, созданных специально для повышения доли света, "съедаемого" фотоэлектрическим преобразователем. Как отмечает один из авторов разработки Гарри Этвотер (Harry Atwater), многие материалы хорошо поглощают свет (чёрная краска хотя бы), но они не генерируют ток.

В данном случае за великолепным захватом падающих лучей следует и генерация носителей заряда. Опыт также показал очень высокую внешнюю и внутреннюю квантовую эффективность использованного полупроводника при поглощении им фотонов, иными словами — прототип батареи обладает всеми задатками, чтобы при должной доводке показать очень высокий суммарный КПД.

Но что удивительнее всего, в ряде построенных образцов такое эффективное поглощение работало при том, что собственно кремниевое покрытие занимало лишь от 2% до 10% общей площади батареи (а в основном — менее 5%), равно как и менее 5% от объёма рабочего слоя. Практически всё остальное в новой системе занимает простой прозрачный полимер. Секрет такого "чуда" — в целой армии микроскопических колонн (или проводков) из кремния, установленных перпендикулярно основанию панели.


Схема "ловушки" для солнечных лучей, построенной в Калифорнийском технологическом (иллюстрация Caltech/Michael Kelzenberg).
Читать далее...

Углеродные нанотрубки уверенно прокладывают путь в разнообразных сферах прикладного характера и экспериментальных разработках. Медицина – не исключение; более того, являясь широчайшим полем для коммерциализации нанотехнологий, она стимулирует научные коллективы упорно трудиться для достижения благих целей – помощи пациентам и, что тоже немаловажно, финансовой выгоды. С очередным шагом в оговоренную область нанотрубки добрались до рентгеновских аппаратов, став ключевым компонентом новой технологии, клиническое испытание которой начнется в этом году в медицинском центре при Университете Северной Каролины (University of North Carolina, UNC). Инновационный аппарат способен значительно продвинуть качество рентгеновских снимков и радиотерапии раковых заболеваний.


Четкий снимок быстро бьющегося сердца мыши

Традиционные рентгеновские аппараты имеют длинную трубку с эмиттером электронов, в роли которого обычно выступает вольфрамовая нить, на одном конце и металлическим электродом на другом. Разогреваясь до 1000°С, нить испускает электроны, которые ускоряются вдоль трубки и ударяются о металл, создавая рентгеновское излучение. Взамен одиночного вольфрамового эмиттера команда из UNC использовала массив вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, действующих как сотни миниатюрных электронных пушек. Если вольфрам требует время на разогрев, то нанотрубки испускают электроны сразу же, как только на них подано напряжение. Разработчики представили результат своей работы на прошедшем недавно съезде Американской ассоциации физиков в медицине (American Association of Physicists in Medicine).
Читать далее...

Ученые создали новую батарею, использующую обычные вирусы в качестве «строительного материала». Как уверены исследователи, гибрид нанотехнологий, биотехнологий и энергетики позволит человечеству получить еще одну разновидность источников питания.



В выпуске журнала Science от 2 апреля ученые из Массачусетского Технологического Института (MIT) сообщили о первых успехах в создании батареи, использующей в качестве одного из строительных материалов бактериофаги – вирусы, обычно поражающие бактерий.

Отличительная особенность новой батареи состоит в простоте и чистоте ее производства – не нужны опасные растворители и токсические вещества, без которых не обходятся при производстве Li-Ion батарей. В обычной Li-Ion батарее ионы протекают меду графитным анодом и катодом из оксида кобальта.
Читать далее...

Классические электростатические конденсаторы в силу высокой скорости разрядки, лимитируемой только внешними RC-цепями, характеризуются высокой мощностью, но низкой энергоемкостью, так как используют только поверхностный заряд на обкладках. Напротив, электрохимические суперконденсаторы, в которых фактически используется емкость двойного электрического слоя, позволяют запасать достаточно большие объемы энергии на поверхности электродов, однако при этом они обладают значительно меньшей мощностью, так как скорость разрядки лимитируется транспортом ионов или окислительно-восстановительных реагентов.

Группа ученых из США и Кореи предложила метод создания нового поколения конденсаторов на основе высокоориентированных наноструктур, демонстрирующих одновременно высокие мощность (до 106 Вт/кг) и плотность энергии (~0,7 Вт∙ч/кг).


РЭМ поперечного сечения МИМ конденсатора. (a)Нижняя часть пор. Видны слои нитрида титана и оксида алюминия. (b) Открытые верхушки пор. Также видны МИМ слои.
Читать далее...

Одно из самых загадочных свойств материи – туннельный квантовый эффект вместе с нанотехнологиями могут помочь в создании точных и недорогих устройств для секвенирования генома.



Стюарт Линдсей (Stuart Lindsay) и его коллеги из Института Биодизайна (Biodesign Institute), части Университета Штата Аризоны (Arizona State University), сообщили в текущем выпуске журнала Nature Nanotechnology Letters о создании нового метода ДНК-секвенирования.

Десятилетие назад секвенирование генома человека было одним из самых громких научных достижений XX века. Сегодня задача по секвенированию 3х миллиардов оснований никого не удивляет, но и не является столь простой задачей. Необходимо помнить, что задача по секвенированию человеческого генома заняла 11 лет и стоила почти миллиард долларов США. При этом использовалась «грубая вычислительная сила» в виде суперкомпьютеров.

Также общеизвестно, что для генной медицины нужно знание не только «человеческого генома» в общем, а набора нуклеотидов ДНК вполне конкретного пациента. На данный момент ни одна технология по секвенированию не позволят считать «на лету» ДНК человека быстро и недорого. Поэтому ученые несколько лет пытаются использовать последние достижения нанотехнологий и микроэлектроники для улучшения секвенаторов. Отдельные ученые предлагают принципиально новые методы их работы.

Основная задача ДНК-секвенатора – точно определить последовательность из четырех оснований – аденина, цитозина, гуанина и тимина. Обычно для этого требуется разбить исходную ДНК на сотни фрагментов, которые обрабатываются параллельно, а затем, с помощью суперкомпьютера все части расшифрованного генома «сшиваются» в один.
Читать далее...

Молекулярные моторы живой природе известны очень давно. Например, за счёт их работы простейшие могут передвигаться с помощью жгутиков; работают такие моторы и в нашем организме, транспортируя клеточный материал и участвуя в сокращении мышц. Человек же, подобно природе, пытается создать аналогичные структуры для своих собственных нужд. Существует два типа молекулярных двигателей: линейный и вращающийся. На разработку данных типов наноустройств тратятся значительные средства, так как именно они смогут воплотить мечту человечества о НЭМС.


Рис.1. (a-g) Серия TEM-изображений, демонстрирующих линейное движение углеродной капсулы внутри ОУНТ. Время съёмки каждого изображения 500 мс, а общее время съёмки ~10 мин. (h) Модельное представление перемещения капсулы между точками A и B. (i) Время «стоянки» капсулы в точках A и B для 7 циклов.
Читать далее...

Группа ученых Университета штата Техас в Далласе (University of Texas at Dallas) продемонстрировала совершенно новый тип искусственных мышц, способных одинаково хорошо работать в жидком азоте и расплавленном железе. Гель чуть тяжелее воздуха, жёстче стали и эластичней резины за миллисекунды расширяется втрое и становится плотнее, когда его растягивают.



Результаты исследований опубликованы в недавнем номере Science (Giant Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles). Приведенные в действие в определенном направлении, такие искусственные мышцы могут удлинняться в десять раз больше и со скоростью в 1000 раз более высокой, чем естественные мышцы. В другом направлении, будучи сжаты, они могут развивать силу, превосходящую в 30 раз силу, развиваемую естественными мышцами того же поперечного сечения. В то время как натуральные мышцы могут сокращаться в темпе 20% в секунду, новый вид искусственных мышц обладает способностью сокращаться в режиме 30 тыс.% в секунду.
Читать далее...

Оригами – техника складывания фигурок из бумаги - при грамотном подходе позволяет создавать уникальные объекты. К не менее потрясающим результатам может привести «наноригами», когда осуществляется формирование трехмерных микроструктур из крошечных элементов путем сгибания последних. Подобные микроконструкции позволяют создавать крошечные двигатели, конденсаторы нового поколения, а в будущем именно «микрооригами» позволит создавать устройства хранения информации, микропроцессоры, фотонные микроустройства с уникальными характеристиками.

Главным достоинством нового подхода является именно возможность формирования трехмерных микрообъектов – на сегодняшний день инженеры научились создавать сложнейшие двумерные структуры, использую такие техники, как фотолитография, технология нанопечати и пр. Вполне подходящие для изготовления интегральных микросхем и MEMS-устройств они абсолютно непригодны для создания трехмерных наносистем.

Читать далее...

Когда-нибудь Белгород станет нанотехнологическим центром страны %)

===
Белгородские ученые будут развивать нанотехнологии в сотрудничестве с ирландскими коллегами

Опять учимся у природы :)

===
Голландские ученые разработали новый материал для создания солнечных батарей, в основу которого легло устройство глаз ночных бабочек.



В настоящее время у устройств, перерабатывающих энергию Солнца в электрическую энергию, есть очень существенный недостаток: большое количество энергии рассеивается в виде тепла. Низкий КПД подобных устройств делает использование солнечных батарей экономически невыгодным.

Авторы исследования решили разработать новую конструкцию батарей, позаимствовав принцип у ночных бабочек. Эти насекомые способны видеть в темноте. Глаза ночных бабочек максимально эффективно поглощают попадающие на них лучи света за счет особого покрытия, состоящего из нанотрубок с зауженными концами. По мере того, как свет проходит вдоль нанотрубок, его индекс рефракции возрастает. Другими словами, он сильнее преломляется. В результате большая часть попавшего в глаз света достигает нервных окончаний.
Читать далее...

А американцы не отстают от японцев :) И опять не обошлось без нанотехнологий. Как и обещали год назад, довели свою идею до ума. Осталось дождаться коммерческой реализации.
Жаль только что от русских что-то ничего не слышно... :( Интересно, когда будут результаты от национального проекта? И будут ли?... :(

===

Портативные электронные устройства для своей работы требуют использования источника электроэнергии, и наиболее часто эта роль отводится литий-ионным аккумуляторным батареям, прописавшимся в таких устройствах, как цифровые камеры, мобильные телефоны, мультимедийные плееры, мобильные компьютеры и пр. Недостаток этих источников питания широкого известен – недостаточно высокая энергоемкость, не позволяющая устройствам работать в автономном режиме в течение длительного временного промежутка. Разумеется, исследовательские лаборатории не первый год заняты разработкой альтернативных источников энергии, среди которых наибольшие шансы на коммерческий успех имеют топливные элементы, но на рынке подобные устройства все никак не появляются. А значит, существенных подвижек пока стоит ожидать от разработчиков, трудящихся над модернизацией конструкции привычных сегодня аккумуляторов, тем более, что определенных успехов инженеры добились.

В попытках преодолеть указанные трудности исследователи давно обратили свое внимание на кремний – материал, который позволяет улучшить характеристики аккумуляторных батарей. Но здесь перед инженерами встает новая задача, а именно, значительный объемный рост анода в случае миграции ионов к нему, а также быстрая потеря заряда, что не позволяло создавать устройства, удовлетворяющие современным требованиям, предъявляемым к аккумуляторным батареям.


Процесс "миграции" ионов лития не изменяет структуру и размеры электродов аккумуляторов
Читать далее...

Сейчас в качестве анодных материалов для литий-ионных батарей в основном используется графит, но ученые не оставляют попыток заменить его материалом с лучшими характеристиками. Например, можно использовать оксид олова SnO2, т.к. его теоретическая ёмкость (782 мАч/г) гораздо выше ёмкости графита (372 мАч/г). К сожалению, использование SnO2 невозможно из-за сильного изменения объема оксида (около 300%) в процессе заряда/разряда батареи, что ведет к разрушению электрода.

Японские ученые решили эту проблему,далее

Год назад ученые Стэнфордского университета сделали революционное открытие, суть которого в том, что использование нанопроводников из кремния и германия поднимет удельную емкость аккумуляторов в 10 раз. Теперь же на мероприятии International Electron Devices Meeting (IEDM) исследователи сообщили о достигнутых результатах на опытных образцах и разработке технологии производства используемых нанопроводников.



Согласно их заявлениям, опытные образцы батарей с анодами из нанопроводников демонстрируют удельную емкость заряда около 3100 мАч/г с относительно небольшим падением после 10 циклов заряда-разряда. А КПД такого аккумулятора составляет более 90%. Кроме этого, исследователи разработали специальный КМОП-процесс для производства кремниевых «наноэлектродов». В основе его лежит принцип реакционно-ионной гравировки (Reactive Ion Etching, RIE). В результате разработчики получают проводник из наночастиц, расстояние между которыми составляет от 50 до 100 нм. Судя по всему, ждать появления аккумуляторов следующего поколения осталось недолго.

Источник
21.12.2008

Исследователи из Rice University (USA) разработали ячейку памяти на основе диэлектрических наностержней, покрытых тонкими графеновыми слоями (рис. 1).

Рис. 1. Схема устройства.

Ученые изготовили нанокабели с сердцевиной из SiO2 и тонкой графитовой оболочкой толщиной 5-10 нм (рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент нанокабеля (ПЭМ).

Оказалось, что они обладают нелинейной вольт-амперной характеристикой. При низких значениях напряжения проводимость нанокабелей довольно высока, и сила тока монотонно растет с увеличением напряжения, а при некотором пороговом значении напряжения Vпорпроисходит резкий переход в непроводящее состояние (рис. 3).

Рис. 3. I-V зависимость для нанокабеля.

Кроме того, устройство обладает эффектом памяти, т.е. его ВАХ зависит от того, в каком состоянии – проводящем или нет – оно находилось ранее (рис. 4). Так, если нанокабель перевести в непроводящее состояние импульсом более Vпор, то проводящее состояние восстанавливается лишь при некотором значении напряжения V2008/12/02/nanoelektronika_54742/XPROP_IMG_images_5/5.jpg[/img]
Рис. 4. Последовательность сканов, иллюстрирующая эффект памяти.

Из этого вытекает простой вывод – на основе таких нанокабелей можно сделать ячейку памяти, в которой нулям (выкл) и единицам (вкл) будут соответствовать состояния с низкой и высокой проводимостью. Тогда считывание, запись и стирание информации можно проводить импульсами напряжения, лежащими в соответствующих областях на рисунке 5. Более 1000 циклов записи-чтения-стирания никак не повлияли на сохранность данных. Таким образом, устройство является энергонезависимой ячейкой памяти. Отношение сигнала в состояниях «вкл» и «выкл» достигает 10^7.
Читать далее...

Автомобильные батареи в том виде, в котором мы их привыкли видеть, скоро могут стать историей. Хранение энергии в объемных контейнерах ограничивает возможности автопроизводителей и военных инженеров, нуждающихся в легком, мощном и надежном средстве для снабжения энергией двигателей, питания радиоустановок и других электронных приборов.

Исследование Джи Янг Ох (Jiyoung Oh) и Михаила Козлова из Нанотехнологического института Технологического университета Далласа предлагает перейти к новому, легкому и надежному, средству снабжения энергией — мощному ультраконденсатору.



Батареи медленно перезаряжаются, потому что они накапливают энергию химическим путем. А конденсаторы, которые распространены в электронике, заряжаются практически мгновенно, но держат заряд малое время. В последние годы конденсаторы приобрели способность сохранять энергию в тысячи раз дольше, их стали назвать ультраконденсаторами. После их создания ведущие эксперты ожидали их использования в качестве источника питания в устройствах будущего и электроавтомобилях.
Читать далее...