Delftse trillende nanoveren mogelijk geschikt als computerbits

Een medewerker van een onderzoekslaboratorium van de Technische Universiteit Delft heeft nanostructuren ontwikkeld die in twee toestanden kunnen resoneren. Daardoor zouden de nanoveren als mechanische bits kunnen worden gebruikt.

Het onderzoek naar de nanodraden werd uitgevoerd in het Kavli Institute of Nanoscience, een onderzoekslab van de TU Delft. Warner Venstra, de verantwoordelijke voor het onderzoek, publiceert zijn resultaten in Applied Physics Letters. Daarin beschrijft hij hoe hij zogeheten cantilevers, of veren die aan één kant zijn vastgeankerd, bouwde uit siliciumnitride. De cantilevers zijn 30 micrometer lang en 200 nanometer dik, en aan één kant bevestigd aan een piëzokristal.

Door een wisselspanning op het kristal aan te brengen wordt het siliciumnitride in trilling gebracht. De spanningsafhankelijke kracht die op de cantilever wordt uitgeoefend is bepalend voor de uitwijking van het siliciumnitride. Boven een bepaalde kracht heeft het 'veertje' twee stabiele uitwijkingen. Door variaties in de frequenties of krachten op het siliciumnitride kan het van de ene stabiele toestand naar de andere springen. Op die manier kunnen twee discrete, of binaire, toestanden worden gerealiseerd.

Volgens Venstra zouden de vibrerende cantilevers kunnen worden gebruikt als mechanische bits in een computer. De bits zouden relatief zuinig zijn, maar of ze met minder energie toekunnen dan hun elektronische tegenhangers, valt te betwijfelen. Tevens zouden de siliciumnitride-veren in een speciaal soort microscoop dienst kunnen doen om middels afm het oppervlak van objecten af te tasten.

Reacties (28)

Is dit voor verwerking of opslag? Kunnen er dan hogere snelheden bereikt worden / meer opgeslagen worden? Is het een vooruitgang of parallelweg?

Aangezien het constant onder stroom moet staan, denk ik eerder als vervanger voor je RAM geheugen.

Maar dan is de vraag of het wel sneller is een mechanische werking is waarschijnlijk minder snel te bewerkstelligen dan een simpele elektrische schakeling. Ik kan me niet voorstellen dat het opwekken van een wissel spanning over een kristal om daar mee een draadje te laten bewegen sneller is dan een spanning zetten op een pootje van een transistor. (om het even heel erg simpel te maken)

Ook lijkt me dat het uitlezen van deze waarde waarschijnlijk wat lastig zal zijn wat ebtreft reactie tijd... daar naast hebben we het over een naar het laat aanzien relatief grote constructie met een draadje, een kristal en natuurlijk de spannings toevoer en waarschijnlijk een uitlees methode. Ondanks dat we over nano schaal praten hebben we het toch waarschijnlijk al snel over dingen die de 25nm passeren en dat is op dit moment de productie grote voor de meeste geheugen modules...

Het lijkt me dan ook dat dit alleen als een potentiële optie genoemd is omdat het een van de makkelijkst voor te stellen gebruiks doeleinden is, niet omdat er echt een goede case te maken is voor het gebruik als zo danig.

Door een wisselspanning op het kristal aan te brengen wordt het siliciumnitride in trilling gebracht

Het lijkt me bijzonder ongeschikt voor opslag als je er continu een wisselspanning op moet houden

.edit: hmmm, iets verder doorlezen

Boven een bepaalde kracht heeft het 'veertje' twee stabiele uitwijkingen. Door variaties in de frequenties of krachten op het siliciumnitride kan het van de ene stabiele toestand naar de andere springen

Betekent dit dat deze toestand blijft bestaan nadat de spanning eraf is gehaald? Lijkt me wel, maar het is imho wat onduideljik.

.edit2: ah, de bron bood wat meer soelaas:

Boven een bepaalde kracht, blijkt het plankje bij één aandrijffrequentie namelijk in twee toestanden te kunnen verkeren: één toestand waarbij het plankje met een grote uitwijking trilt en één toestand waarin het plankje met een kleine uitwijking trilt.

Oftewel, de verschillende toestanden bestaan uit verschillende soorten trillingen. En om te laten trillen is spanning nodig.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 8 november 2010 17:05]

Eerlijk gezegd ben ik niet echt onder de indruk. Het lijkt me dat zulke mechanische bits gevoelig zijn voor externe trillingen, meer in de vorm van schade dan interferentie.

Er zijn natuurlijk meer berichten over vibrerend componenten op nano gebied.
Dat soort oplossingen zijn hoofdzakelijk bedoeld om in hoger temperaturen te werken dan met silicium mogelijk is.

Ik vraag me af of dit systeem gebruikt kan worden in nanobots als voortstuwing of ** scifi mode: ** om in bloedvaten eens goed schoon te schobben .

30 micrometer is 30000 nanometer, dus hij is 150x zo lang als dik. Lijkt een beetje op een kort haartje in verhouding.

Aangezien het hier om nanoschaal gaat zal dat wel mee vallen met die "gevoeligheid voor externe trillingen, het zal dus minder gevoelig moeten zijn dan traditionele componenten.

Dat was ook mijn eerste gedachte: ben niet echt onder de indruk. Sowieso is de datadichtheid minder dan de huidige hdd's (volgens Wikipedia zaten die in 2006 al op een bitformaat van 200 x 25 nm). Bovendien moeten de "haartjes" ruimte hebben om te trillen, waardoor ze nog veel meer ruimte innemen dan hun formaat doet vermoeden.

Daarnaast staat er niet hoe je deze bits snel uit kunt lezen en hoe snel dit werkt. Laat staan wat het kost om met deze techniek een chip te maken waar data op opgeslagen kan worden.

De techniek is wel gaaf als actuator voor nano-bots.

Aangezien het hier om nanoschaal gaat zal dat wel mee vallen met die "gevoeligheid voor externe trillingen, het zal dus minder gevoelig moeten zijn dan traditionele componenten.

Nou, het wordt door de kleinste deeltjes al in trilling gebracht he? Een stofje laat een hele groep van deze nanoveren vastlopen... Hebben deze materialen ook last van vermoeiing, waardoor ze na een X-aantal trillingen afbreken?

Edit: cantilever is trouwens gewoon te vertalen als 'staaf'. Een "cantilever die aan een zijde vastzit" is zelfs dubbelop aangezien een cantilever en staaf is die aan een zijde ingeklemd is.

[Reactie gewijzigd door Grrrrrene op 8 november 2010 19:31]

Oké, ik ben een no-knower op het gebied van binaire codering, maar heb toch een vraag.

Volgens mij is de binaire code te zien als een tweeletteralfabet om codes begrijpelijk te maken voor hardware (bijvoorbeeld 1 volt of 0, dus aan/uit, dus O/I).

Waarom is het niet mogelijk om bijvoorbeeld octaire code te maken of zelfs nog meer? Bijvoorbeeld 0,1 Volt, 0,2 Volt, 0,3 Volt enzovoort tot 1,0 Volt. Of zelfs 0,01, 0,02 etc., etc.
Op deze wijze wordt het 'alfabet' veel groter en de codes korter, waardoor codes veel kleiner worden en dus sneller kunnen worden verwerkt.

Als het niet kan, is het dan niet mogelijk om er een soort mechanisme tussen te plaatsen die de kortere code, bijvoorbeeld 0,1 Volt, vervolgens omzet naar, bijvoorbeeld, 001 binaire code. Of andere codes die veel gebruikt worden? (hoewel in het laatste geval geen voordeel lijkt te zijn behaald)

Omdat het gebruiken van elektrische spanning gevoelig is voor externe ruis. Het is mogelijk dat een bit die verzonden is als 5 volt, aankomt bij de ontvanger als 4 volt. Dit is echter geen probleem met binaire code, aangezien er enkel wordt gekeken of er 'iets' (binnen een bepaalde marge, dat wel) of 'niets' binnenkomt.

Alhoewel het met het binaire systeem nog steeds mogelijk is om omgekeerde bitjes te ontvangen (dus bitjes verstuurd als 0 en ontvangen als 1 en vice versa) is de kans dat dit gebeurt bij gebruik van bijv octaire code nog veel groter.

Dat gebeurt inderdaad ook in sommig flash geheugen. Binair is de meest elementaire eenheid.

Lijkt me niet dat dit gaat werken.... Men meent dat het geschikt kan zijn als mechanische computerbits (dus bij bits denk ik aan digitaal).

Maar verderop zeggen ze dat de nanoveren resoneren onder een bepaalde wisselspanning. Ik zie de toekomstige chips niet zo gauw op wisselspanning werken eigenlijk....

Lijkt me niet dat dit gaat werken.... Men meent dat het geschikt kan zijn als mechanische computerbits (dus bij bits denk ik aan digitaal).

Als ik op het stand kruisjes en rondjes teken in een raster kan je dat als digitale opslag gebruiken. Ieder kruisje of rondje is een bitje


Maar verderop zeggen ze dat de nanoveren resoneren onder een bepaalde wisselspanning. Ik zie de toekomstige chips niet zo gauw op wisselspanning werken eigenlijk..

De wisselspanning word enkel gebruikt om de nanoveren in een bepaalde toestand te brengen, zoals ik het begrijp hoef je niet een constante wisselspanning er op te zetten.

Tsja, het lijkt mij ook niet echt de techniek van de toekomst. Enkel het uitlezen is al een groot probleem.

De nadelen wegen niet op tegen de voordelen in de toepassingen zoals we die nu kennen. De kans is reeel om toch een zinvolle toepassing te vinden waar ofwel de huidige technologie niet gegarandeerd functioneel blijft (denk maar aan lading die weglekt of kans op spanningsdips, of beide tegelijk). Een alternatief kan zijn dat het gebruikt kan worden als sensor: detectie van frequenties of krachten, waarbij de aanwezigheid of afwezigheid er meteen van kan uitgelezen worden.

In welke frequentie trild die dingen eigenlijk? Lijkt me van belang voor de dataverwerkingssnelheid. Ik denk wel dat dit mechanische getril zorgt voor snelle slijtage.

Er wordt weer erg hard van stapel gelopen hier in de comments. Het is puur een suggestie dat het eventueel mogelijk is voor gebruik in data opslag. De speculatie en conclusies die in de comments worden getrokken slaan natuurlijk nergens op. Deze techniek is slechts in vacuum gedaan en er zal nog ontzettend veel onderzoek en optimalisatie gedaan moeten worden voordat dit ook maar een beetje geschikt is voor commerciele toepassingen. Dat kan echt nog wel 10 jaar duren. Het eerste ontwerp is er en nu kan er gewerkt worden om het kleiner en stabieler te maken, mochten de eigenschappen inderdaad ergens nuttig voor te blijken.

In het artikel staan ook de eventuele voordelen van deze techniek ten opzichte van electrische switches.

Zo'n mechanisch werkende computer is langzamer dan gebruikelijk maar heeft een aantal voordelen. Met minuscule mechanische onderdeeltjes, kan men berekeningen in beginsel op een zeer energiezuinige manier uitvoeren. Ook zouden mechanische computers blijven werken in omgevingen waar elektronica het begeeft, zoals bij zeer hoge temperaturen."

De opmerking van Venstra voor het gebruik als bits is puur suggestief en zoals terecht opgemerkt in het artikel is de applicatie voor het meten van krachten op nano-niveau in sensoren veel interessanter, zoals bij AFM. Hier worden veranderingen gemeten van fracties van nanometers met behulp van een een soort naald aan een hefboom (vergelijkbaar met het aftappen van een tafelkleed met je wijsvinger om de structuur van het weefsel te achterhalen). Elke winst in gevoeligheid van de hefboom is dus welkom.

Tot slot een typo in het artikel: gangbare eenheden van lengte zijn micron of micrometer. Een micronmeter bestaat niet

wel mooi dat nanotech luitjes mooi door blijven onderzoeken. lijkt me nl. erg weinig motiverend dat je er in de praktijk nog weinig mee kunt.. maar dit is wel het type onderzoek dat uiteindelijk gaat leiden tot vadsig snelle computers respect

Laat je je computer vallen, crasht je RAM!

Dat veert wel mee

Ik geef het eerlijk toe te hoog gegrepen voor mij . Maar nano's hebben wel de toekomst. Jammer dat het niet bij ons in Twente ontwikkeld is in het nieuwe Nano-lab.
Dus zet hem op met die onbegrijpelijke mini-dingen! Misschien krijgt Nederland weer een waardevol export product waar we wereldleider in staan...