Hlavní průkopník byl roku 1959 Richard Phillips Feynman na své přednášce pravil Tam dole je spousta místa.

Transkript

1

2 Hlavní průkopník byl roku 1959 Richard Phillips Feynman na své přednášce pravil Tam dole je spousta místa. Také motivoval mladé generace 1000 dolarů tomu, kdo dokáže napsat jednu běžnou stránku A4 na plochu, která bude zmenšená 1/25000 nebo zhotoví funkční elektromotorek, který by se vešel do krychle o hraně 0.4mm Přednášku zakončil slovy : Myslím, že na vyplacení těchto odměn nebudu muset čekat nějak dlouho. O přínosu nanotechnologií vědě byl silně přesvědčen a jak můžeme dnes vidět, jeho přesvědčení bylo správné.

3 Nabízím nyní pár kontrastů ke kterým došlo během několika let 1.mobilní telefon (1983) hmotnost 2kg, výška 250 mm, výdrž baterie 30 minut Nikdo si asi nepomyslel, že o pár let později se bude moci s mobilem například fotit, psát sms,poslouchat rádio, využívat mobil jako GPS, brouzdat na internetu atd Pro některé z nás by bylo v dnešní době 30 minut na rozhovor málo.

4 Novodobí mobilní telefon (2011) -V dnešní době se potýkáme s problémem, že člověk, neznalý v oboru,pořádně ani neví, co všechno mu může jeho mobilní telefon nabídnout. Váha je o mnohem menší a funkce jsou ohromující. Vypisovat se tu s nimi nemá asi smysl. Dnes nám pouhý mobil nahrazuje několik zařízení rádio, foťák, kamera, počítač, GPS, budík, diktafon, hodinky atd.

5 USB flash disk 1. měl kapacitu 8mb, nyní má až 128Gb a jsou o mnohem menší. Počítač z halových počítačů se počítače přesunuly na stůl, někdy i do kapsy. Z černobílých jednořádkových displejů se stali kvalitní barevné dotykové displeje s nejrůznějším rozlišením. Málokterý vynález tak ovlivnil současnou dobu jako vynález tranzistoru roku Tato nepatrná polovodičová součástka umožnila nesmírně rychlý a široký rozvoj elektroniky. Od prvního využití polovodičových součástek se stal dosavadním vyvrcholením mikroprocesor. 1971: Mikroprocesor 4004 byl první mikroprocesor společnosti Intel. Počet tranzistorů: 2 300, rychlost: 108 khz a nyní(2011) počet tranzistorů 1,17 miliard a rekordní rychlost 7 GHz.

6 V posledních několika letech zažila nanotechnologie ve fyzice polovodičů obrovský rozvoj, především díky zdokonalovaní různých metod, přičemž některé z nich mají původ až v konci padesátých let dvacátého století. V podstatě existuji dva typy metod, které jsou v nanotechnologiích využívány. Jedna se o tzv. epitaxní a litografické technologie.

7 Epitaxe (z řeckého epi taxis, neboli uspořádaně na ) je fyzikální proces, při kterém na povrchu substrátu roste tenká krystalická vrstva, jejíž krystalická mřížka bezprostředně navazuje na krystalickou mřížku substrátu. Pojem epitaxe do fyziky zavedl v roce 1936 L. Royer. Je několik druhů epitaxe Epitaxe z pevné fáze Epitaxe z kapalné fáze (kapalná elektroepitaxe) Epitaxe plynné fáze Epitaxe z molekulárních svazků Epitaxe z atomárních vrstev atd

8 Podobný princip, jako bychom vylévali ze sádry,s tím rozdílem, že zde leptáme.

9 Nanoelektronika se zabývá uplatněním a využitím uhlíkových trubiček pro výrobu tranzistorů, displejů, pamětí a dalších elektronických zařízení, která mají díky nanotrubičkám výrazně lepší vlastnosti, než dosud vyráběné součástky. Na obrázku je model tranzistoru využívající nanotrubičku (červeně) o průměru 1 nm. Vzdálenost mezi elektrodami je 400 nm.

10 Cílem výzkumu je vytvořit paměť, která bude splňovat: 1)rychlost srovnatelnou s rychlostí současné RAM 2) nízkou cenu srovnatelnou s cenou dnešních disků 3) vysokou hustotu uložení dat (poměr kapacity k velikosti) 4) uchování dat i po odpojení energie 5) vysokou spolehlivost (žádné pohyblivé součásti) 6) nízkou spotřebu energie Využítí by bylo například v různých firmách (velká integrovaná paměť),vlády a samozřejmě využití pro člověka jako takového Nyní se pracuje na technologii NRAM (Nanotube-based/Nonvolatile RAM), kde se využívají nanotrubičky. Další technologie spočívá ve vytváření molekuly porfyritů(základ chlorofylu nebo hemoglobinu) jimž lze přidávat nebo odebírat elektrony. Takto se dá molekula převést do 8 různých stavů. Molekula měří zhruba 1 nm a umožňuje uložení 3 bitů

11 Velkou budoucnost má využití nanotrubek jako součásti kompozičních materiálů. Velkou perspektivu mají displeje FOLED (Flexiblle Organic Light Emitting Device) ohebná organická světlovyzařující zařízení. Jeden srolovatelný arch papíru, na kterém bude vždy aktuální výtisk novin. Například firma Motorola využívá také nanotechnologie při vývoji nových displejů. Jedná se zde o uhlíkové nanotrubičky napojených na kousek skla, to umožňuje podporu zobrazování vysokého rozlišení. I na ceně by se to mělo projevit, ale v kladném duchu.

12 V optických sítích internetu se dají využít nanoantény. Data nebudou přenášena elektrickými signály, ale světelnými impulsy. Nebo v počítačových sítích. Nanoantény by byly použity ve vylepšených jednofotonových zářičích, které jsou podle zákonů kvantové fyziky absolutně bezpečné, protože není možné sledovat fotony bez jejich změny. Stejné nanoantény se dají využít i u CD a DVD mechanik. S jejich pomocí mohou být navrženy efektivnější diody pro zápis dat na CD a DVD. Ty pak umožní číst a zapisovat menší kousky dat a tím i mnohonásobně zvýšit jejich hustotu jejich kapacita tak radikálně vzroste. Předpokládá se, že využití elektromagnetické energie zaměřené přes antény by mohlo pohybovat předměty (jedná se o předměty které mají velikost v řádech nanometrů).

13 Kvantovou tečkou (Quantum Dot, QD) rozumíme ohraničenou vodivou oblast, jejíž velikost je v řadu několika nanometrů, přičemž typicky průměr je 30 nm a výška 8 nm. Kvantové tečky mají tendenci chovat se jako past pro elektrony, jelikož mají nižší úroveň energie, než je hodnota vodivostního pásu okolního polovodičového materiálu. Elektrony vyskytující se uvnitř kvantové tečky pak mají takové vlastnosti, které v běžných polovodičích o velkém objemu nemají, jelikož množství elektronů v kvantové tečce je omezeno a jejich energie je kvantována. Tato vlastnost kvantových teček z nich umožňuje konstruovat součástky, díky nimž lze manipulovat s jednotlivými elektrony.

14 V současnosti je třeba pro některé aplikace generovat světelné impulsy o energii srovnatelné s energii jednoho fotonu. Pro takové účely byla navržena tzv. jednofotonová luminiscenční dioda. V podstatě se jedna o klasickou LED diodu modifikovanou přidáním vrstvy kvantových teček. Princip takové diody spočívá v excitaci, neboli v dodáni energie elektronu nacházejícího se v kvantové tečce. Excitovaný elektron následně relaxuje zpět na nižší hladinu a vyzáří foton, jehož energie je rovna rozdílu energii obou hladin. Emise tohoto fotonu, v ideálním případě pouze z jedné kvantové tečky, je ovšem umožněna pouze malým otvorem, jelikož ostatní kvantové tečky jsou zastíněny neprůhlednou vrstvou.

15 Jednofotonový detektor slouží, jak již název napovídá, k detekci jednotlivých fotonů. V podstatě jde o tranzistor FET, který je modifikován přidáním vrstvy kvantových teček paralelně k proudovému kanálu, od kterého je tato vrstva vzdálena pouze několik nanometrů. Proud, procházející tímto kanálem je ovlivňován elektrickým nábojem elektronů zachycených v kvantových tečkách. Pakliže dojde k absorpci fotonu tímto detektorem, vznikne tak pár elektronů - díra. Jestliže tuto díru zachytí některý z elektronů v kvantové tečce, dojde k jeho následnému uvolněni, přičemž samotné uvolněni pouze jednoho jediného elektronu dokáže změnit velikost protékajícího proudu o hodnotu, kterou lze změřit, v čemž vlastně spočívá zmíněná detekce jednotlivých fotonů

16 Za velký pokrok v nanoelektronice je brán vynález Memristoru (rezistor s pamětí)

17 -Dokáže měnit svůj odpor/vodivost dle velikosti napětí a po odpojení elektrické energie zůstane nastavená velikost odporu/vodivosti uložena -Možnost neustále měnit vlastnosti -Memristor se chová podobně jako synapse v našem mozku -Skvělé vlastnosti pro výrobu procesorů (vylepšování a upravování pouhým přenastavením) -Dále se dá využít jako paměť, kde se data po odpojení elektřiny nesmažou (např. zapneme počítač a můžeme hned pokračovat v tom, v čem jsme skončili) -Reálná simulace mozku je plánována do deseti let (díky memristoru)

18 -Testování memristoru umělý kočičí mozek -Vědci už dokázali simulovat kočičí mozek, který se skládal z miliardy neuronů a 10 biliard konfigurovatelných (učících se) synapsí. Tato přesná a složitá simulace kočičího mozku si vyžádala plný výkon procesorů a 144 TB operační paměti s příkonem 1MW a ve výsledku byla rychlost stále 100x až 1000x pomalejší, než u běžného kočičího mozku z buněčného materiálu.

19 Nanotechnologie může být pro lidstvo jak přínosem, tak globálním problémem. Jak se bude nanotechnologie vyvíjet dál, to zatím nikdo neví. Každopádně kolik možností a skrytého místa nanotechnologie poskytuje, je velice ohromující. Například při léčení rakoviny se hodně věří této vědě, předpovídají se malí nanoroboti, kteří budou poháněni malým nanomotůrkem a budou mít určitý cíl, například zabíjet rakovinotvorné buňky v těle člověka.