Onderzoekers ontwikkelen nanomechanische computercomponenten

Wetenschappers hebben een mechanische logische schakelaar ontwikkeld die op nanoschaal werd gerealiseerd. De AND-gate zou ingezet kunnen worden in energiezuinige computerchips, waarbij wel aan snelheid ingeboet zal worden.

De mechanische AND-gate op nanoschaal werd door Raj Mohanty en zijn team aan de universiteit van Boston ontwikkeld. Zij gebruikten daarvoor een dunne strip silicium dat tussen twee klompen silicium die als polen dienden, werd opgehangen. De dunne siliciumstrip, met een breedte van 300nm, resoneert onder invloed van spanningen die tussen de strip en de siliciumpolen worden aangelegd. De amplitude van die vibraties wordt bepaald door de spanning die wordt aangelegd.

De constructie van de nanoschakelaar maakt twee stabiele amplitudes mogelijk, die zijn gescheiden door een potentiaalbarrière. Die drempel kan worden geslecht door de spanning te variëren: de siliciumstrip kan dan van de ene trillingsstaat naar de andere worden gebracht. Om de amplitude te veranderen zijn twee elektrische pulsen nodig: wanneer slechts één puls of geen puls wordt afgegeven, blijft de siliciumstrip in zijn huidige amplitude trillen. Op die manier werkt de nanomechanische schakelaar als logische AND-gate: alleen met twee pulsen opgeteld wordt de staat veranderd.

De nano-gate is niet zo snel als een solid state schakelaar, maar is wel een stuk zuiniger en wordt dus aanzienlijk minder warm. De energie die per operatie verloren gaat, is lager dan bij elektronische schakelaars. Door miljoenen schakelaars te combineren, zou een zuiniger rekeneenheid dan een traditionele chip gerealiseerd kunnen worden.

Reacties (20)

Ik vind het maar een vaag artikel (en dat komt waarschijnlijk voornamelijk door de bron). Mij is niet helemaal duidelijk wat dit ding nou exact doet.

Enerzijds lijkt het te gedragen als een AND-gate. Maar gezien het verhaal lijkt het eerder een geheugencel. Die je kan veranderen door beide inputs van een puls te voorzien. Daarbij lijkt het daarmee dus niet op een AND-gate.

Bij een AND-gate krijg je namelijk de uitkomst van de booleaanse vergelijking A x B. Enkel wanneer A en B (hence "AND-gate) hoog (1) zijn, zal de uitkomst (output) ook 1 zijn.

Vergelijking:
F = A x B

De werking van dit ding heeft daar maar weinig mee te maken. De status van het geheugen blijkt te veranderen wanneer beide inputs een puls krijgen. Maar die waarde zegt niets over de waarde van de inputs. De werking van het hele geval, zoals ik het hier (en in de bron) lees is als volgt:

F[n] = ('F[n-1] x A x B ) + (F[n-1] x '(A x B ))
(' staat voor NOT, [n] en [n-1] zijn huidige en vorige staat)

En dat is toch wel heel wat anders imho.

http://en.wikipedia.org/wiki/AND_gate

[Reactie gewijzigd door GENETX op 27 maart 2010 14:21]

http://dx.doi.org/10.1021/nl9034175
Hier staat het beter beschreven. Je kan dat ding programmeren om zich als een AND-poort te gedragen. Ik denk dat in de bron bedoeld word dat de poort normaal in toestand A is maar veranderd naat toestand B als op beide inputs een signaal wordt gezet.

Dit zijn trillingen op Nano schaal. Het lijkt me sterk dat je daar iets aan kan veranderen door dit te laten vallen.

Er is hier vast wel iemand die dit kan uitleggen met frequenties, lengtes en formules. Ik denk zelf dat de schokgolf van laten vallen te groot is om zichzelf in de nano schakelaar voort te kunnen zetten.

Marathir,

Ik ben vorig jaar maart gepromoveerd op een soortgelijk onderwerp; nanomechanische resonatoren gemaakt van enkele nanobuisjes. Als je meer wilt weten over de technische kant van deze nanomechanische objecten refereer ik naar mijn proefschrift:

http://repository.tudelft...b-4cca-96d2-302d814a10f8/

Zie ook het artikel op tweakers.net:
nieuws: Onderzoekers van TU Delft ontwikkelen nanosnaar

Het klopt inderdaad dat het vallen van deze resonatoren geen invloed zal hebben op dit object. Dit geldt ook voor de zwaartekracht (extreem kleine massa's + F=mg). Alle andere krachten werkend op dit object (electrostatisch, van der Waals, etc.) zijn minstens 3 ordes groter, i.e. >1000x, en zullen dus wel effect hebben (m.a.w. de trillingen kunnen verstoren).

Even een interesante opmerking off topic: toen ik nog in dit veld actief was, stond deze Mohanty bekend als een prutser/iemand die je niet serieus moest nemen vanwege absurde artikelen. Hij is zelfs een keer door alle toppers (Cleland/Roukes/Schwab) in het veld hardhandig aangepakt in een open brief aan Science/Nature als reactie op een van deze onzin papers.

Ben ik in de war of is 300nm best groot als je ziet dat Intel cpu's heeft op 32nm Welke ook uit transistors bestaat.
Kan natuurlijk wel zo zijn dat dit mechanisch is ipv elektrisch ?

De CPU's van Intel en AMD die uit 45nm (of kleiner) transistors bestaan zijn een resultaat van vele jaren ontwikkeling en steeds de grenzen van de techniek een beetje verleggen. Dat kan je niet vergelijken met nieuwe technologie, toch?

Ja maar de 1e generatie Pentium II cpu's(1997) waren 350nm en de 2e al 250nm(1998).
Dus in 12 jaar zou dat voor een ander bedrijf makkelijk mogelijk moeten zijn omdat de apparatuur ruim beschikbaar is. ASML kon in 1991 al op 248nm graveren dus dan heb je het al over 19jaar ontwikkeling.

Hier is trouwens nog meer info over NAND schakelingen en consorten http://en.wikipedia.org/w...Morgan_equivalent_symbols

Het is zeker niet zo dat de hele cpu 32 nm is! Zelfs niet individuele transisters op de cpu. Deze zijn allemaal stukken groter dan dat.

Wanneer men het heeft over 32nm bij cpu's dan heeft men het over de techniek waarmee de transisters op de cpu gemaakt worden. Die techniek kan details 'tekenen' van ten kleinste 32nm.

De transistors zelf zijn groter maar bestaan uit onderdelen die minstens 32nm groot zijn. De cpu bestaat weer uit honderden miljoenen of miljarden transistors en kan rustig een vierkante centimeter groot zijn.

ik was nou net zo blij dat als ik mn mobieltje liet vallen niet alle bits door elkaar raakten of er iets kapot ging. is dit wel schok en trillingsbestendig? of is het zo dat als ik met mn ultrazuinige (langzame) laptop in de trein een verslag zit te typen en we over een wissel rijden mn verslag ineens helemaal in de war raakt. (bij wijze van spreke.)

Ik denk dat je het beste een keer deze video kan bekijken http://video.google.com/v...cid=-1063068236665537969#
Gaat over string theorie (nl: snaar theorie).
Eigenlijk is er nog een betere documentaire van de BBC maar die kan niet zo snel vinden.

Ga je misschien iets anders denken over dit soort trillingen, niet dat deze resonantie's iets te maken hebben string theorie (eigenlijk ook weer wel, maar ja)

Edit: typo

[Reactie gewijzigd door sequenter op 27 maart 2010 13:40]

Appels en zeer grote peren
De schaal (lengte bereik) van deze trilliningen hebben niets met snaar theorie te maken. En de schaal is essentieel in de uitleg! Nano 10^-9 meter.
Het is onwaarschijnlijk dat een trilling (bijv vallen) op nano schaal invloed heeft tenzij het materiaal stuk gaat. Als zo'n trilling een nano trilling zou zijn zou het wel de uitkomst kunnen veranderen (ook misschien in de buurt van nano trillingen harmonische en dergelijke ) anders beweegt gewoon het geheel.

Ik denk dat deze video een beter beeld geeft wat er mogelijk is met nanotechnologie en met welke krachten je te maken hebt:
The strange new world of Nanoscience, narrated by Stephen Fry

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 126698 op 28 maart 2010 10:37]

Bedankt voor dit filmpje, zeer interessant

Leuke oefening omdat er waarschijnlijk wel wat kennis werd opgedaan maar een toekomst hiervoor? Ik betwijfel het.

Hoe zit dat nu met materiaalmoeheid?

Materiaalmoeheid treedt vooral op bij constructiematerialen omdat die veelal uit koudversterkte staalsoorten, beton, kunstoffen e.d...

Staal bezit een bepaalde kristalstructuur die kan bijvb. interkristallijn roesten, molecullagen kunnen verschuiven e.d... Betonbewapeningsstaal zal na enige tijd zijn stijfheid verliezen. (Andere versterkte stalen kunnen dan weer bepaalde vervuilingen (ongewenste stoffen zoals stikstof) hebben die ervoor zorgt dat het metaal verouderd (hard/bros worden)). De 'vezels' kunnen over elkaar heen wrijven, wat het grote probleem van kunstof alleen als constructie materiaal is. Het is natuurlijk ook kwetsbaar voor uv-licht.

etc..etc..

Maar als men wil oc'en dan is dit allicht een bepalende factor.

Dat lijkt mij het probleem.

Een MEMS schakelaar houdt het een miljoen keer uit ofzo, miljard als je geluk hebt. In andere woorden, er zijn nog wel wat problemen voordat je dit kan gebruiken.

Het is misschien nog niet zo snel een solid state schakelaar maar begint een eind in de richting te komen.

Mooie techniek als zeg ik het zelf..

daarnaast zullen er altijd toepassingen zijn die niet de mega snelheid vereisen die wij als consument nu nodig achten..... een slimme koelkast of wasmachine heeft dat niet nodig (en ik zie in de toekomst ook geen nut voor een 3 ghz voor deze systemen)
dus er zit zeker potientieel in

Jah da's waar, ik zie hier zeker toekomst in