Què és la nanoelectrònica i com funciona

El camp de l’electrònica dedicat al desenvolupament de fonaments tecnològics i físics per a la construcció de circuits electrònics integrats amb mides d’elements inferiors a 100 nanòmetres s’anomena nanoelectrònica. El mateix terme "nanoelectrònica" reflecteix la transició de la microelectrònica dels semiconductors moderns, on les mides dels elements es mesuren en unitats de micròmetres, a elements més petits, amb mides de desenes de nanòmetres.

Amb la transició a nanoescala, els efectes quàntics comencen a dominar en els esquemes, revelant moltes noves propietats i, en conseqüència, marcant les perspectives d’ús útil. I si per a efectes quàntics de microelectrònica sovint es van mantenir paràsits, perquè, per exemple, amb la disminució de la mida del transistor, l’efecte túnel comença a interferir en el seu funcionament, aleshores a la nanoelectrònica, al contrari, se’ls fa efectius com a base de l’electrònica nano-estructurada.

Cadascú de nosaltres fa servir l’electrònica cada dia, i segur que molta gent ja nota algunes tendències definides. La memòria als ordinadors va augmentant, els processadors són cada cop més productius, la mida dels dispositius és cada cop menor. Quina és la raó d’això?

En primer lloc, amb un canvi en les dimensions físiques dels elements dels microcircuits, a partir dels quals es construeixen fonamentalment tots els dispositius electrònics. Tot i que avui dia la física dels processos continua sent la mateixa, les mides dels dispositius són cada cop més petites. Un gran dispositiu de semiconductor funciona de manera més lenta i consumeix més energia i un nanotransistor - i funciona més ràpidament i consumeix menys energia.

Nanotecnologia moderna en vídeo:

Se sap que tots els cossos materials estan compostos per àtoms. I per què l’electrònica no arriba a l’escala atòmica? Aquest nou camp de l'electrònica permetrà resoldre aquests problemes sobre una base convencional de silici fonamentalment impossible de resoldre.

És de gran interès els grafenes i materials monocapa similars (vegeu l'article - Propietats inesperades del carboni familiar) Aquests materials, d’un gruix d’àtoms, tenen propietats notables que es poden combinar per crear diversos circuits electrònics.

Per exemple, les tecnologies relacionades amb la microscòpia de sonda permeten construir diverses estructures d’àtoms individuals a la superfície d’un conductor en buit d’ultravalla simplement reordenant-los. Quina no és la base per crear dispositius electrònics monatòmics?

Les manipulacions de la matèria a nivell molecular ja han afectat moltes indústries, no han superat l’electrònica. D’aquesta manera es construeixen microprocessadors i circuits integrats. Els països líders estan invertint en el desenvolupament d'aquesta via tecnològica, de manera que la transició a la nanoescala es produeix més ràpidament, ampla i millora encara més.

Per cert, ja s’han aconseguit alguns èxits. Intel el 2007 va anunciar que es va desenvolupar un processador basat en un element estructural amb una mida de 45 nm (introduït per VIA Nano) i el següent pas seria assolir els 5 nm. IBM aconseguirà 9 nm gràcies al grafè.

Nanotubs de carboni (grafè) - Un dels nanomaterials més prometedors d’electrònica. Permeten no només reduir la mida dels transistors, sinó també donar a l’electrònica propietats realment revolucionàries, tant mecàniques com òptiques. Els nanotubs no atrapen la llum, són mòbils, preserven les propietats electròniques dels circuits.

Sobretot els optimistes creatius esperen ja crear ordinadors portàtils que puguin treure’s d’una butxaca com un diari o que s’utilitzin en forma de polsera a la mà i, si es vol, es poden desplegar com un diari i tot l’ordinador serà com un gruix plegable de paper de pantalla tàctil d’alta resolució.

Una altra perspectiva per a l’aplicació de nanotecnologia i l’ús de nanomaterials és el desenvolupament i creació de discs durs de nova generació.El 2007, Albert Fert i Peter Grünberg van rebre el premi Nobel pel descobriment de l’efecte mecànic quàntic de la resistència magnètica d’alta altura (efecte GMR), quan les pel·lícules fines de metall provinents d’alternes capes conductores i ferromagnètiques canvien significativament la seva resistència magnètica amb un canvi en la direcció recíproca de la magnetització.

Controlant la magnetització de l'estructura amb l'ajut d'un camp magnètic extern, és possible crear sensors de camp magnètic tan precisos i dur a terme un enregistrament tan precís al portador d'informació que la seva densitat d'emmagatzematge arribarà al nivell atòmic.

La nanoelectrònica i la plasmatrònica no s'han anul·lat. Les vibracions col·lectives d’electrons lliures dins d’un metall tenen una longitud d’ona de ressonància plasmàtica característica d’uns 400 nm (per a una partícula de plata de 50 nm de mida). Es pot considerar que el desenvolupament de nanoplasmònics va començar el 2000, quan es van accelerar els avenços en la millora de la tecnologia per crear nanopartícules.

Va resultar que l’ona electromagnètica es pot transmetre al llarg d’una cadena de nanopartícules metàl·liques, excitants oscil·lacions plasmàtiques. Aquesta tecnologia permetrà introduir cadenes lògiques en tecnologia informàtica que pot funcionar molt més ràpidament i transmetre més informació que els sistemes òptics tradicionals, i la mida dels sistemes serà molt menor que les òptiques acceptades.

Els líders en matèria de nanoelectrònica i electrònica en general són avui Taiwan, Corea del Sud, Singapur, Xina, Alemanya, Anglaterra i França.

Els electrònics més moderns es fabriquen als Estats Units avui en dia, i el fabricant més gran d’electrònica d’alta tecnologia és Taiwan, gràcies a les inversions d’empreses japoneses i americanes.

La Xina és un líder tradicional en el camp de l’electrònica pressupostària, però aquí la situació canvia gradualment: la mà d’obra barata atrau inversors d’empreses d’alta tecnologia que preveuen establir la seva nanoproducció a la Xina.

Rússia també té un bon potencial. La base en el camp dels microones, les estructures emissores, els fotodetectors, els panells solars i l’electrònica de potència permet, en principi, la creació de ciutats de ciències de nanotecnologia i el seu desenvolupament.

Aquest potencial requereix unes condicions econòmiques i d’organització per a la investigació bàsica i el desenvolupament científic. Tot el demés és: la base tecnològica, el personal prometedor i un entorn científic qualificat. Només calen grans inversions i això sovint resulta el taló d’Aquil·les ...

Un exemple d’aplicació de la nanotecnologia:Nanoantenis per rebre energia solar