Nano Lube könnte ultradichten Speicher ermöglichen

Forscher haben dazu beigetragen, den Weg für Speicherchips zu ebnen, die 10 bis 100 Mal dichter sind als die heutigen Geräte, indem sie eine Möglichkeit entwickelt haben, die Reibung im Nanobereich zu reduzieren. Die Methode könnte weitreichende Auswirkungen sowohl auf mikro- als auch auf nanoelektromechanische Systeme (MEMS und NEMS) haben, die für Speicher und andere Anwendungen in der Kommunikation und Computer verwendet werden.

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Diese Abbildung zeigt die drastische Verringerung der Reibung, die auftritt, wenn die Spitze eines Rasterkraftmikroskops bei der Bewegung über eine Oberfläche in Schwingung versetzt wird. Die Reduzierung der Reibung könnte dazu beitragen, sehr dichte Speichergeräte zu schaffen. (Mit freundlicher Genehmigung von Anisoara Socoliuc, Universität Basel.)

Flüssige Schmierstoffe funktionieren nicht im Nanomaßstab; Aus diesem Grund können sich winzige mechanische Geräte zu schnell abnutzen, um praktisch zu sein. Nun haben Physiker der Universität Basel in der Schweiz ein Trockenschmierverfahren entwickelt, das durch winzige Schwingungen den Verschleiß von Teilen verhindert.



Die Methode, beschrieben in der aktuellen Ausgabe von Wissenschaft , könnte besonders nützlich für eine neue Klasse von Speichergeräten sein, die von IBM mit seiner Millipede-Technologie entwickelt wurde, die Tausende von Rasterkraftmikroskopspitzen verwendet, um Bits physikalisch auf eine Oberfläche zu schreiben, indem sie Divots in einem Polymersubstrat machen und sie später lesen. Das Nano-Schmiermittel könnte auch bei winzigen rotierenden Spiegeln verwendet werden, die als optische Router in der Kommunikation und in mechanischen Schaltern dienen könnten, um Transistoren in Computerprozessoren zu ersetzen und so den Stromverbrauch zu senken.

Auf NEMS und MEMS basierende Bauelemente gehören zu den vielversprechendsten neuen Nanotechnologien. Doch die Kommerzialisierung von Anwendungen wie Millipede, die weit über 25 DVDs auf einer Fläche von der Größe einer Briefmarke speichern könnten, wurde teilweise durch Reibungsverschleiß gebremst. Reibung ist in der Tat ein besonderes Problem bei Mikro- oder Nanogeräten, bei denen Berührungen zwischen Oberflächen winzige Punkte sind, die viel Schaden anrichten können.

Bei nanoskaligen Geräten wird diese Kontaktfläche immer kleiner, so dass Sie weniger Oberfläche haben, auf der Sie Wärme ableiten können, sagt Anisoara Socoliuc, Physikerin an der Universität Basel und Mitautorin des Wissenschaft Artikel. Dies führt zu Verschleiß. Es ist sehr leicht, das Material in diesem kleinen Maßstab zu brechen oder zu beschädigen.

In ihren Experimenten bewegten die Schweizer Forscher eine Rasterkraftmikroskopspitze aus Silizium über ein Testmaterial aus Natriumchlorid oder Kaliumbromid. Normalerweise würde sich die ultrascharfe Spitze auf Stick-and-Slip-Art bewegen, da sich die Reibung immer wieder aufbaut, bis die Spitze plötzlich abbricht. (Der gleiche physikalische Mechanismus ist für quietschende Türscharniere verantwortlich.) Die Forscher lösten das Problem der klebrigen Spitze, indem sie die Spitzen mit wechselnden Spannungen in Schwingung versetzten. Die Vibrationen, die so klein sind, dass die Spitze in ständigem Kontakt mit dem Material bleibt, verhindern, dass sich Energie aufbaut und schlagartig freigesetzt wird. Als Ergebnis nimmt die Reibung um das 100-fache ab.

Es wurden mehrere andere Nanoschmierungsmethoden ausprobiert, darunter das Verlangsamen der Bewegung mechanischer Teile auf ein Kriechen; Diese waren jedoch unpraktisch – viele Geräte müssen sich beispielsweise mit relativ hohen Geschwindigkeiten bewegen. In einer früheren Studie zeigten die Autoren der aktuellen Arbeit auch, dass eine vorsichtige Verringerung des Drucks zwischen zwei Oberflächen die Reibung verringern kann; aber dies erwies sich als schwer zu kontrollieren.

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Die neue Methode, die viel praktischer zu sein verspricht, löst einen wichtigen Teil der Verschleißprobleme, die die Zuverlässigkeit von Speicherchips vom Typ Millipede verringern, sagt William King, Maschinenbauprofessor am Georgia Tech, der am Millipede-System von IBM gearbeitet hat und jetzt wissenschaftlich ist Berater für ein Startup-Unternehmen, Nanochip , in Freemont, CA, entwickelt einen ähnlichen Speicher basierend auf MEMS und Arrays von Rasterkraftmikroskopiespitzen. King stellt jedoch fest, dass Verschleiß durch andere Mechanismen, wie beispielsweise chemische Veränderungen des Materials im Laufe der Zeit, immer noch ein Problem darstellt.

Robert Carpick, Professor für Technische Physik an der University of Wisconsin-Madison, stellt fest, dass weitere Forschungen erforderlich sind, bevor diese Methode in tatsächlichen MEMS und NEMS verwendet werden kann, dass es sich jedoch um eine wichtige Studie handelt. Welche Geräte könnte dies ermöglichen? Es liegt letztendlich an der Fantasie. Es bleibt noch viel zu tun, aber es ist wirklich ein bemerkenswertes Ergebnis, sagt er.

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