Τα προσαρμοσμένα μικροσωματίδια πυριτίου κάνουν πρωτοφανή πράγματα

Τα προσαρμοσμένα μικροσωματίδια πυριτίου κάνουν πρωτοφανή πράγματα

Τα προσαρμοσμένα μικροσωματίδια πυριτίου κάνουν πρωτοφανή πράγματα.

Οι ερευνητές από το πανεπιστήμιο του Duke και το State University της Βόρειας Καρολίνας έχουν επιδείξει τα πρώτα μικροσωματίδια ημιαγωγών που μπορούν να κατευθυνθούν σε διάφορες διαμορφώσεις επανειλημμένα ενώ είναι εναιωρημένα σε νερό.

Με αρχικά έξι προσαρμοσμένα σωματίδια που αλληλεπιδρούν προβλέψιμα μεταξύ τους, παρουσία ηλεκτρικών πεδίων εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) με διαφορετικές συχνότητες, η μελέτη παρουσιάζει τα πρώτα βήματα προς την υλοποίηση προηγμένων εφαρμογών όπως οι τεχνητοί μύες και τα αναδιαμορφώσιμα συστήματα υπολογιστών.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 3 Μαΐου στην ηλεκτρονική έκδοση του περιοδικού Nature Communications.

«Σχεδιάσαμε και κωδικοποιήσαμε πολλαπλές δυναμικές αποκρίσεις σε διάφορα μικροσωματίδια για να δημιουργήσουμε μια αναδιαμορφώσιμη κατάσταση στα εξαρτήματα πυριτίου», δήλωσε η Ugonna Ohiri, συγγραφέας της μελέτης. «Παρέχοντας ένα μέσο για την ελεγχόμενη συναρμολόγηση και αποσυναρμολόγηση αυτών των σωματιδίων, φέρνουμε ένα νέο εργαλείο στον τομέα της ενεργής ύλης».

Ενώ οι προηγούμενοι ερευνητές έχουν εργαστεί για να ορίσουν συστήματα αυτόματης συναρμολόγησης, λίγοι έχουν εργαστεί με σωματίδια ημιαγωγών και κανένας δεν έχει διερευνήσει το ευρύ φάσμα των προσαρμοσμένων σχημάτων, μεγεθών και επιχρισμάτων που είναι διαθέσιμα στη βιομηχανία μικρο-και νανοπαραγωγής. Τεχνικά σωματίδια από πυρίτιο παρουσιάζουν την ευκαιρία να πραγματοποιήσουν φυσικές ηλεκτρονικές συσκευές που μπορούν να αυτο-συναρμολογούνται και να αποσυναρμολογούνται κατά παραγγελία. Η προσαρμογή των μορφών και μεγεθών τους προσφέρει ευκαιρίες για να εξερευνήσουμε περαιτέρω ένα ευρύτατο χώρο σχεδιασμού νέων κινητικών συμπεριφορών.

«Οι περισσότερες εργασίες που είχαν γίνει κατά το παρελθόν και πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση αυτοσχέδιων σωματιδίων έχουν γίνει με σχήματα όπως σφαίρες και άλλα υλικά», δήλωσε ο Nan Jokerst, καθηγητής Ηλεκτρολογίας και Μηχανικών Υπολογιστών στο Duke. «Τώρα που μπορούμε να προσαρμόσουμε τα αυθαίρετα σχήματα, τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και τις επίστρωση με μοτίβα που εμείς θέλουμε με το πυρίτιο, ανοίγει ένας εντελώς νέος κόσμος».

Στη μελέτη, οι Jokerst και Ohiri κατασκεύασαν σωματίδια πυριτίου διαφόρων σχημάτων, μεγεθών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων. Σε συνεργασία με τον Orlin Velev, ο οποίος είναι καθηγητή της χημικής και βιομοριακής μηχανικής INVISTA στο NC State, χαρακτήρισαν πως αυτά τα σωματίδια αποκρίθηκαν με επιτυχία σε διαφορετικά μεγέθη και συχνότητες ηλεκτρικών πεδίων ενώ βυθίστηκαν στο νερό, χωρίς να υπάρξει κάποιο πρόβλημα.

Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, οι ερευνητές κατασκευάζουν νέες παρτίδες προσαρμοσμένων σωματιδίων που είναι πιθανό να παρουσιάσουν τις συμπεριφορές που αναζητούσαν, με αποτέλεσμα έξι διαφορετικές μηχανικές συνθέσεις μικροσωματιδίων πυριτίου που θα μπορούσαν να κινούνται μέσα στο νερό, να συγχρονίζουν τις κινήσεις τους και να συναρμολογούνται και να αποσυναρμολογούνται κατά παραγγελία.

Τα σωματίδια κατασκευάζονται με τεχνολογία Silicon-on-Insulator (SOI). Δεδομένου ότι μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογία κατασκευής που παράγονται τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, θα μπορούσαν να παραχθούν ταυτόχρονα εκατομμύρια ταυτόσημα σωματίδια.

«Η ιδέα πίσω από αυτό το εγχείρημα είναι ότι τελικά θα μπορέσουμε να κατασκευάσουμε υπολογιστικά συστήματα πυριτίου που συναρμολογούνται, αποσυναρμολογούνται και στη συνέχεια συναρμολογούνται σε διαφορετική μορφή», δήλωσε ο Jokerst. « Ωστόσο αυτή η διαδικασία θα τελειοποιηθεί και θα εφαρμοστεί με επιτυχία στο μέλλον, αλλά αυτό το έργο παρέχει μια αίσθηση των δυνατοτήτων που υπάρχουν εκεί έξω και είναι η πρώτη επίδειξη για το πώς θα μπορούσαμε να επιτύχουμε αυτά τα είδη των συσκευών».

Αυτό όμως είναι απλά η κορυφή του παγόβουνου. Ορισμένα από τα σωματίδια κατασκευάστηκαν τόσο με περιοχές τύπου ρ όσο και τύπου ν για να δημιουργήσουν συνδέσεις pn – κοινά ηλεκτρικά εξαρτήματα που επιτρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια να περάσει μόνο σε μία κατεύθυνση. Επίσης, τοποθετήθηκαν μικροσκοπικά μεταλλικά σχέδια στις επιφάνειες των σωματιδίων για τη δημιουργία διόδων σύνδεσης pn με τις επαφές. Στο μέλλον, οι ερευνητές θα μπορούσαν ακόμη να κατασκευάσουν σωματίδια με πρότυπα χρησιμοποιώντας άλλα ηλεκτρικά αγώγιμα ή μονωτικά υλικά, πολύπλοκα ολοκληρωμένα κυκλώματα ή μικροεπεξεργαστές πάνω ή μέσα στο πυρίτιο .

«Αυτή η εργασία είναι ένα ένα μικρό δείγμα των εξαρτημάτων και των εργαλείων που έχουμε για να ελέγξουμε τη δυναμική των σωματιδίων», δήλωσε η Ohiri. «Δεν έχουμε φτάσει καν στο 50% των δυνατοτήτων όλων των συμπεριφορών που μπορούμε να κατασκευάσουμε, αλλά ελπίζουμε ότι αυτή η πολυεπιστημονική μελέτη θα μπορεί να πρωτοπορήσει σε μελλοντικές μελέτες για τον σχεδιασμό τεχνητών ενεργών υλικών».

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Παρακαλώ εισάγετε το σχόλιο σας!
Παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας