Tiny Etch-a-Sketch

Es ist vielleicht das kleinste Etch-a-Sketch der Welt. Forscher haben eine neue Technik demonstriert, die verwendet werden könnte, um wiederbeschreibbare Logikschaltungen und einen dichteren Computerspeicher zu erstellen. Mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) konnten die Forscher nanoskalige Drähte und Punkte zeichnen, die wiederholt gelöscht und geschrieben werden konnten.

Winzige Drähte: Mit der nanoskaligen Spitze eines Rasterkraftmikroskops (AFM) konnten Forscher winzige, elektrisch leitende Pfade in ein Material aus zwei typischerweise nichtleitenden Oxiden einzeichnen. Sie löschten die Drähte entweder mit der AFM-Spitze oder einem blauen Lichtstrahl.

Angeführt von Jeremy Levy der University of Pittsburgh zogen die Forscher mit einer AFM-Spitze wie einen Bleistift elektrisch leitfähige Pfade – die wie metallische Drähte wirken – auf ein spezielles Material. Die Linien waren nur drei Nanometer dünn und damit erheblich schmaler als die Linien, die mit der Elektronenstrahllithographie gezogen werden können – einer der präzisesten Techniken zum Ätzen von Bauelementen aus Silizium.



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Die Forscher verwendeten ein zweischichtiges Material, das von der Gruppe von Jochen Mannhart an der Universität Ausberg in Deutschland entwickelt wurde. Der Sockel besteht aus einem Strontium-Titanat-Kristall, auf dem sich eine dünne Schicht Lanthan-Aluminat befindet. Die Grenzfläche zwischen den beiden Materialien kann durch Anlegen einer Spannung über die Grenzfläche von isolierend auf leitend umgeschaltet werden.

Die Gruppen von Levy und Mannhart arbeiteten an einem Projekt zusammen, um feine Leiterbahnen an der Grenzfläche zu zeichnen, indem die Oberfläche des Materials mit einem AFM untersucht wurde, das über eine nanoskalige Spitze verfügt, die eine Spannung über einen kleinen Bereich anlegen kann. Die Linien, die die Gruppen zogen, waren sowohl fein als auch lang; ihre Länge war nur dadurch begrenzt, wie weit die AFM-Spitze scannen würde.

Levy und seine Kollegen zeigten, dass das Umkehren der Spannung und das Ziehen der AFM-Spitze über einen Draht diese durchtrennte und die Leitung unterbrach. Indem sie maßen, wie weit sie die Spitze ziehen mussten, um den Draht zu durchtrennen, konnten sie die Breite des Drahts abschätzen. Wenn das Material blauem Licht ausgesetzt wurde, wurden auch alle im Material gezeichneten Drähte gelöscht.

Die Wiederbeschreibbarkeit sei sehr wichtig, sagt Harold Hwang von der Universität Tokio in Japan, der an der neuen Studie nicht beteiligt war. Bei einem herkömmlichen Halbleiterbauelement ist es, sobald Sie das Bauelement hergestellt haben, fertig.

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Die Möglichkeit, diese leitfähigen Muster zu zeichnen, könnte es Forschern ermöglichen, Schaltungen zu erstellen, die im Handumdrehen umkonfiguriert werden können, sagt Levy. Die Forscher zeigten auch, dass die Drähte möglicherweise als Transistoren arbeiten können. Obwohl es schwer vorstellbar ist, dass sie direkt mit den gut entwickelten Techniken für Siliziumchips konkurrieren, sagt Levy, könnte die Technik für Speicher mit hoher Dichte verwendet werden.

Indem wir einen Spannungsimpuls durch die AFM-Spitze senden, könnten wir isolierte Inseln in sehr kleinen Skalen in der Größenordnung von einigen Nanometern schreiben, sagt Levy. Es hat eine etwa 100-mal höhere Dichte als das, was Sie mit magnetischen Materialien erreichen können, der Grundlage für die heutige Datenspeicherung.

Levy findet es spannend, dass das Material leitfähige Drähte und Transistoren bilden und möglicherweise Informationen speichern kann. Normalerweise werden diese Dinge mit unterschiedlichen Materialien, völlig unterschiedlichen Plattformen gemacht. Aber hier ist alles aus dem gleichen Material. Außerdem sei es den Forschern gelungen, Strontiumtitanat auf Silizium zu züchten, sagt Levy, so dass es möglich sein könnte, das neue Material in bestehende Siliziumchips zu integrieren.

Die Studie, die kürzlich in . veröffentlicht wurde Naturmaterialien , stellte fest, dass die Drähte und Punkte mindestens 24 Stunden in ihrem Zustand blieben. Levy glaubt, dass sie viel länger halten werden und testet derzeit diese Theorie.

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Die Dinge, die sie mit den Scanning-Sonden in diesem Artikel machen, sind relativ einfach, sagt Stephen Streiffer vom Argonne National Laboratory in Illinois. Er fügt hinzu, dass Forscher in der Lage sein sollten, Arrays von AFM-Spitzen auf diesen Materialien zu verwenden, um mehrere Drähte und Punkte gleichzeitig zu zeichnen.

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