یک نانومتر چقدر کوچک است؟
متر، یکی از شناخته شده ترین واحدهای اندازه گیری طول است. این اندازه به حدی شناخته شده است که به راحتی می توانیم با طول یک گام بلند آنرا نشان دهیم. بیشتر آنچه که ما به طور روزمره با آن مواجه هستیم، اندازه ای بین صد متر تا یک صدم متر (سانتیمتر) دارند. در حقیقت زندگی معمول ما در اندازه های بزرگ (ماکرومتری) میگذرد. اما این محدوده، بخش بسیار بسیار کوچکی از اندازه های موجود در طبیعت پیرامون زندگی انسان است. او بر روی کره زمین زندگی می کند که قطری معادل 12760000 متر (12/76 میلیون متر) دارد و موجودات کوچکی (باکتری) به اندازه 0/000001 متر (یک میلیونیم متر) که می توانند به آسانی سلامت و حتی حیات و بقای او را تحت تاثیر قرار دهند. به نظر می رسد که ما در خواندن و نوشتن این اندازه ها هم مشکل داریم، چه برسد به اینکه بتوانیم آنها را به خوبی تصور کنیم!
ریاضیدانان سعی نموده اند که این مشکل را حل کنند. آنها با استفاده از نمادگذاری و ارائه یک روش مقایسه ای، تصور اندازه های بسیار کوچک و بسیار بزرگ را آسانتر نموده اند. ما میتوانیم روش پیشنهادی آنها را با یک آزمایش ساده ارزیابی کنیم. نمیدانم کی و کجا این مقاله را میخوانید، اما اگر پشت یک میز و روبروی نمایشگر یک رایانه نشسته اید، احتمالا میزی که رایانه شما بر روی آن قرار دارد طولی حدود یک متر دارد. اگر طول این میز را 10 بار کوچک کنید، برابر قطر یک سی-دی (لوح فشرده) می شود. اگر قطر لوح فشرده را 10 بار کوچک کنید، برابر قطر یک تیله می شود و اگر تیله را 10 بار کوچک کنید، به اندازه یک دانه نمک درمی آید (شکل 1). حالا اگر دانه نمک را سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگ کنید، می توانید از آن به عنوان میز استفاده نمایید.
ریاضیدانان برای نمایش این نسبت میان میز و دانه نمک از نماد ^3-10 (سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار کوچک سازی) استفاده کرده اند. البته آنها از این روش برای توصیف اندازه های بزرگ نیز بهره برده اند. به طور مثال می توان منظومه شمسی با اندازه 10¹³متر (13 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) و کهکشان راه شیری با اندازه 10²¹ متر (21 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) را نیز با این روش توصیف کرد.

شکل (1)

حالا که می توانیم اندازه های کوچک و بزرگ بسیاری را تصور کنیم، بد نیست که بدانیم دانشمندان برای بعضی اندازه ها نام مشخصی تعیین کرده اند. به طور مثال،اندازه هایی را که 1000 برابر بزرگتر از متر می باشند، کیلومتر نامیده اند و اندازه هایی را که هزار برابر کوچکتر از متر هستند، میلیمتر می خوانند. جدول زیر برخی از این نامها را مشخص کرده است.

جدول1.مقیاس های اندازه گیری به همراه نماد علمی

در میان اندازه های کوچک، نانومتر از اهمیت ویژه ای برخوردار است که بعدها بیشتر در مورد علت آن صحبت خواهیم کرد. اما پیش از آن لازم است که درک صحیحی از این اندازه داشته باشیم. برای این منظور می توانیم آزمایش بالا را ادامه دهیم؛ تا آنجا پیش آمدیم که دانه های نمک را به اندازه یک میز بزرگ کردیم. با این بزرگنمایی (1000 برابر)، قطر تارموی شما معادل یک طناب بسیار کلفت خواهد شد، می توانید از گلبولهای قرمز برای تیله بازی استفاده کنید و باکتریها نیز همچون دانه های نمک قابل رویت می شوند (شکل 2).

شکل (2)

اما هنوز هم نتوانسته ایم یک نانومتر را ببینیم. این بار باکتریهای کوچک نمکین را دوباره 1000برابر بزرگتر می کنیم. باکتریها دیگر آنقدر بزرگ شده اند که می توانید به عنوان یک مبل راحت به آنها تکیه دهید. در این دنیای جدید می توانید با ویروسها تنیس بازی کنید، پروتئینها را به دور انگشتتان بپیچید و اتمها و مولکولهای کوچک را لمس کنید. اکنون می توانید اجسام نانومتری را به اندازه دانه های نمک ببینید(شکل 3). به مقیاس نانو،خوش آمدید.

شکل (3)

سانتی، میلی، میکرو، نانو

شرکت در آزمون

قصه حسن کچل و اتم های کربن

شرکت در آزمون

کاربرد
فناوری نانو یک زمینه بین رشته ای است که در محدوده علوم کاربردی مختلفی نظیر فیزیک، مواد، الکترونیک و غیره وارد شده است. فناوری نانو، خود به تنهایی یک علم نیست؛ بلکه با استفاده از آن می توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف می شود:
1- فناوری نانو تحقیقات و مطالعه ی مواد و خصوصیات آنها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می گیرد.
2- با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی را می توان خلق کرد که خصوصیات آنها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است.
3- با کمک فناوری نانو می توان از طریق کنترل خصوصیات، در اتمها تغییراتی ایجاد کرد.
زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند، واکنش ها و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است؛ چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند. این درست مانند این است که توپی را در محفظه ای بیندازید و توپ دیگری را از آن محفظه بیرون آورید! تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.
در فناوری نانو، برای ساخت، دو روش در نظر گرفته می شود: روش ساخت پایین به بالا و روش ساخت بالا به پایین. در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می شوند. درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می شود.
در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگتر ساخته می شوند. به این طریق که در ساخت آنها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می شود تا فرایند دستکاری و ایجاد پدیده ها و خصوصیات جدید در اشیاء نانویی، امکان یابد.
امروزه فناوری نانو، در ساخت پلیمرهایی با ساختار مولکولی و طراحی تراشه های کامپیوتری کاربرد دارد. همچنین از این فناوری در ساخت مواد آرایشی، انواع پوشش ها و روکش های محافظتی و لباسهای مقاوم نیز استفاده می شود.

فناوری نانو، از آغاز تا کنون

شرکت در آزمون

یک مثال معروف
ابداع شتاب‌سنج‌ها در ابعاد میکرومتر، برای فعال کردن کیسه‌های هوا در خودروها، یکی از معروف‌ترین مثال‌های سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو است. قبل از ابداع و استفاده از این شتاب‌سنج‌های میکرومتری، از ابزار دیگری که در ابعاد یک جعبه‌ی دستمال کاغذی و به جرم چند کیلوگرم بود، استفاده می‌شد. در این بخش می‌خواهیم به شرح چگونگی عملکرد شتاب‌سنج‌های میکرومتری، به عنوان یک سامانه‌ی الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو بپردازیم. شکل3 یک شتاب‌سنج MEMS را که برای فعال کردن کیسه‌های هوا در خودروها به کار می‌رود، به صورت شماتیک نشان می‌دهد.
شکل 3- الف ابزاری را نشان می‌دهد که شامل یک میله‌ی افقی از جنس سیلیکون با طول چند میکرومتر است، و به دو میله‌ی میان تهی با سطوح داخلی قابل‌انعطاف متصل شده است. با فرض این که خودرو از سمت چپ به سمت راست در حال حرکت است، هنگامی که خودرو در اثر تصادف به طور ناگهانی متوقف می‌شود، میله‌ی افقی به سمت راست شتاب می‌گیرد و این امر موجب تغییر در فاصله‌ی صفحات خازن می‌شود (شکل 3- ب را ملاحظه کنید)




شکل3- ساختار شتاب‌سنج میکرو متری

علت این شتاب گرفتن میله‌ی افقی به سمت راست در هنگام توقف خوردو، بر مبنای اصل اینرسی یا لَختی در فیزیک قابل‌توجیه است. بر اساس اصل لَختی، اجسام همواره تمایل دارند حالت سکون یا حرکت با سرعت ثابت بر مسیر مستقیم را حفظ کنند. لذا میله‌ی افقیِ در حال حرکت نیز، تمایل دارد با همان سرعت به سمت جلو حرکت کند.
خازن یک ابزار الکتریکی است و از دو صفحه‌ی رسانای الکتریکی تشکیل شده که بین آن یک نارسانا، مثلا هوا، قرار دارد. خازن ابزاری است که برای ذخیره‌ی بار الکتریکی درون مدار الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ظرفیت الکتریکی خازن یک کمیت مربوط به خازن است و مفهوم آن این است که به ازای یک ولتاژ معین که بر روی صفحات خازن اعمال می‌شود، خازن چه مقدار بار الکتریکی را می‌تواند بر روی صفحات خود تحمل کند.
تغییر در فاصله‌ی صفحات خازن موجب تغییر در ظرفیت الکتریکی خازن می‌شود، چرا که ظرفیت الکتریکی خازن با فاصله‌ی صفحات آن از یکدیگر، رابطه‌ی معکوس دارد. این تغییر در ظرفیت الکتریکی خازن موجب شارش یک جریان الکتریکی درون سیم‌پیچ حرارتی متصل به آن می‌شود. این سیم‌پیچ حرارتی، از درون ماده‌ای به نام سدیم آزید (NaN3) می‌گذرد. گرم شدن آنی سیم‌پیچ، موجب تجزیه‌ی سریع سدیم آزید و انتشار گاز نیتروژن (N2)از طریق واکنش (1) خواهد شد. در نهایت؛ گاز نیتروژن تولید شده، کیسه‌های هوای خودرو را پُر می‌کند، و کیسه‌های هوا باز می‌شود. البته باید توجه کنیم که همه‌ی این ماجرا در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتد.



واکنش 1

نتیجه
سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو (MEMSs)، که حدود 30 سال است به صورت جدی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است، علاوه بر کوچک سازی ابعاد و صرفه‌جویی در هزینه‌های ساخت، موجب افزایش دقت و کارآیی محصولات تولید شده نیز می‌شود. اگر چه MEMSs در محدوده‌ی فناوری نانو قرار نمی‌گیرد، اما مطالعه‌ی مختصری از آن ذهن ما را برای آشنایی با سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس نانو (NEMSs) آماده می‌کند.

مکانیسم عملکرد سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو
سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو (MEMSs) متشکل از تعدادی ابزارها و قطعات الکتریکی و مکانیکی است که در مقیاس میکرومتر قرار دارد. مکانیسم عملکرد آن بدین ترتیب است که، در مقابل هر سیگنال الکتریکی که از قبل تعریف شده (مثلا جریان الکتریکی مشخص یا ولتاژ الکتریکی معین) یک پاسخ مکانیکی،که این هم از قبل تعریف شده، (مثلا تغییر مکان یک قطعه) روی می‌دهد. گاهی نیز برعکس این اتفاق، رخ می‌دهد؛ یعنی یک پاسخ الکتریکی در مقابل یک تغییر شکل مکانیکی.
مزایای اصلی سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو (MEMSs)، کوچک‌سازی، کاهش هزینه و دقت زیاد از طریق جمع‌آوری مستقیم داده‌ها از مقیاس میکرو است.




شکل2- یک سامانه‌ی الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو که به دلیل بسته‌بندی بزرگ‌تر از مقیاس میکرو دیده می‌شود!

سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو (MEMSs)

شرکت در آزمون

مقدمه
نخستین بار ریچارد فاینمن، در سال 1959 در سخنرانی معروف خود با عنوان «آن پایین فضاهای بسیاری وجود دارد» ایده‌ی فناوری نانو را مطرح کرد. او در همین سخنرانی جایزه‌ای 1000 دلاری را برای اولین شخصی که یک موتور الکتریکی در مقیاس یک شصت و چهارم (64/1) اینچ بسازد، تعیین کرد. بر همین اساس، می‌توان گفت او اولین فردی است که ایده‌ی طراحی و ساخت یک سامانه‌ی الکتریکی- مکانیکی را در مقیاس میکرو مطرح نموده است. البته، این جایزه‌ی 1000 دلاری در نهایت به شخصی به نام مک لیلان رسید که موفق شد اولین موتور الکتریکی بسیار کوچک را بسازد. ایده‌ی فاینمن اگرچه در ابتدا چندان جدی گرفته نشد، اما به تدریج تحولی عظیم در مهندسی الکترونیک و مهندسی مکانیک ایجاد کرد و موجب شکل‌گیری ایده‌ی سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو گردید.




شکل1- فاینمن در حال مشاهده اولین موتور الکتریکی کوچک‌تر از اینچ

«سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو» یا همان «سیستم‌های میکروالکترومکانیکی» معادل فارسی واژه‌ی Micro ElectroMechanical Systems است، که به اختصار MEMSs نامیده می‌شود. سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو، کاربردهای بسیاری در صنایع گوناگون دارند؛ از صنایع الکترونیک و خودروسازی گرفته تا صنایع دارورسانی هوشمند و حتا پزشکی. اگرچه سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو، همان‌طور که معرفی شد، در محدوده‌ی مقیاس میکرومتر قرار دارند، اما به دلیل گسترش و توسعه‌ی فرآیندهای ساخت و کاربردهای آن، در آستانه‌ی ورود به محدوده‌ی فناوری نانو قرار دارند؛ لذا، بررسی و کنکاش درباره‌ی مکانیسم عملکرد و روش‌های ساخت آن بسیار مورد توجه علاقه‌مندان و پژوهشگران فناوری نانو قرار دارد. ما در این مقاله با بیان یک مثال، به چگونگی عملکرد سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس میکرو خواهیم پرداخت.

آزمایش رها کردن تخم مرغ‌ها
به منظور بهتر به خاطر سپردن رفتار نوری نقاط کوانتومی می‌توانید آزمایش زیر را انجام دهید. (البته تبعات آن با خودتان است!) یک تخم بلدرچین، یک تخم مرغ و یک تخم غاز تهیه کنید (قطر متوسط تخم بلدرچین، تخم مرغ و تخم غاز به ترتیب 5/1 سانتی‌متر، 5 سانتی‌متر و 8 سانتی‌متر است). هر سه را در ارتفاع تقریباً 25 سانتی‌متری سطح زمین بگیرید و هم زمان رها کنید. بهتر است از شخص دیگری هم کمک بخواهید. نتیجه را به دقت مشاهده کنید (برای مشاهده‌ی دقیق‌تر می‌توانید با دوربین گوشی تلفن همراه خود از صحنه فیلم بگیرید و آن را چند بار مشاهده کنید). تخم غاز که از همه بزرگ‌تر است می‌شکند، اما شکنندگی آن زیاد نیست. تخم غاز مانند نقطه‌ی کوانتومی بزرگ است که نور مرئی‌ای که از آن ساطع می‌شود در محدوده‌ی طیف نور کم انرژی است (متمایل به قرمز). تخم مرغ که انداز‌ه‌ی متوسطی دارد نیز می‌شکند، و مانند نقطه‌ی کوانتومی متوسط که نور مرئی در محدوده‌ی طیف نوری با انرژی متوسط ساطع می‌کند، رفتار می‌کند. در نهایت تخم بلدرچین بیش از دیگران می‌شکند و آسیب می‌بیند. تخم بلدرچین مانند نقطه‌ی کوانتومی کوچک است که نور مرئی‌ای که از آن ساطع می‌شود در محدوده‌ی طیف نوری پر انرژی است (متمایل به آبی.)




شکل4- آزمایش رها کردن تخم غاز، تخم مرغ و تخم بلدرچین

رفتار نوری نقاط کوانتومی
نقاط کوانتومی شامل موادی از قبیل سولفید سرب، سولفید روی، سلنید کادمیوم و فسفات ایندیوم هستند. رفتار نوری نقاط کوانتومی بدین ترتیب است که با تاباندن پرتوی فرا بنفش به آن‌ها، نور مرئی با طول موج‌های گوناگون از آن‌ها ساطع می‌شود. نکته‌ی مورد توجه این است که طول موج نوری که از نقاط کوانتومی ساطع می‌شود به اندازه‌ی نقاط کوانتومی بستگی دارد.
هر چه نقاط کوانتومی کوچک‌تر باشند، ساختار باندی آن به گونه‌ای است که فاصله‌ی بین نوارهای انرژی در آن بیش‌تر است و هر چه نقاط کوانتومی بزرگ‌تر باشند، ساختار باندی آن به گونه‌ای است که فاصله‌ی بین نوارهای انرژی در آن کم‌تر است. یعنی در نقاط کوانتومی کوچک‌تر، گاف انرژی بزرگ‌تر است و در نقاط کوانتومی بزرگ‌تر، گاف انرژی کوچک‌تر است.
بنابراین، با تاباندن پرتوی فرا بنفش به نقاط کوانتومی کوچک‌تر، الکترون‌هایی که به نوار انرژی بالاتر می‌روند، هنگام از دست دادن انرژی اضافی و بازگشت به حالت پایدار، گاف انرژی بزرگ‌تری را طی می‌کنند و لذا پرتوی نور مرئی‌ای که ساطع می‌کنند دارای انرژی بیش‌تر، و متمایل به رنگ آبی است. هم‌چنین با تاباندن پرتوی فرا بنفش به نقاط کوانتومی بزرگ‌تر، الکترون‌هایی که به نوار انرژی بالاتر می‌روند، هنگام از دست دادن انرژی اضافی و بازگشت به حالت پایدار، گاف انرژی کوچک‌تری را طی می‌کنند و لذا پرتوی نور مرئی‌ای که ساطع می‌کنند دارای انرژی کم‌تر بوده، و متمایل به رنگ قرمز است.





شکل3- با بزرگ شدن ابعاد نقاط کوانتومی، طیف نور تابشی آن‌ها از رنگ آبی به سمت رنگ قرمز میل می‌کند.

مکانیسم انتشار نور در جامدات
بر اساس نظریه‌ی باندی همه‌ی جامدات شامل تعدادی نوار انرژی هستند. هر نوار انرژی نیز دارای تعدادی تراز انرژی است و در هر تراز انرژی، فقط دو الکترون می‌تواند قرار گیرد. بین نوارهای انرژی، فاصله‌ای وجود دارد که هیچ الکترونی نمی‌تواند درون آن قرار گیرد. این فاصله را گاف انرژی می‌گوییم.




شکل2- هر نوار انرژی نیز دارای تعدادی تراز انرژی است و در هر تراز انرژی فقط دو الکترون می‌تواند قرار گیرد. بین نوارهای انرژی، فاصله‌ای وجود دارد که هیچ الکترونی نمی‌تواند درون آن قرار گیرد. این فاصله را گاف انرژی می‌گوییم

نقاط کوانتومی و رها کردن تخم‌مرغ‌ها!

شرکت در آزمون

مقدمه
هنگامی که ابعاد یک ماده به صورت پیوسته از مقیاس بزرگ به مقیاس کوچک کاهش یابد، خواص ماده در ابتدا ثابت می‌ماند، اما به تدریج با نزدیک شدن این ابعاد به محدوده‌ی فناوری نانو (محدوده‌ی بین 1 تا 100 نانو متر) خواص ماده تغییرات چشم‌گیری می‌یابد. این تغییرات شدید در خواص ماده دلایل گوناگونی دارد که تا کنون در تعدادی از مقالات سایت به برخی از آن‌ها اشاراتی شده است.
همان طور که می‌دانیم همه‌ی مواد پیرامون ما دارای سه بعد هستند. اگر یک بعد ماده تا مقیاس نانو کوچک شود اما دو بعد دیگر در مقیاس بزرگ باشد، ساختاری پدید می‌آید که آن را چاه کوانتومی (Quantum Well) می‌گوییم. هر گاه دو بعد ماده تا مقیاس نانو کوچک شود اما یک بعد دیگر در مقیاس بزرگ باشد، ساختار حاصل را سیم کوانتومی (Quantum Wire) می‌گوییم. و در نهایت، هر گاه هر سه بعد ماده در مقیاس نانومتری قرار گیرد، ساختار حاصل را نقطه‌ی کوانتومی (Quantum Dot) می‌نامیم. در واقع؛ نقاط کوانتومی کریستال‌هایی در حد نانو هستند که ویژگی اصلی آن انتشار نور است. البته باید توجه کنیم که فقط ورود یک یا دو یا سه بعد از ابعاد یک ماده به محدوده‌ی نانومتری، موجب نمی‌شود که ما آن ساختار را کوانتومی بنامیم؛ بلکه این ابعاد باید آن قدر کوچک شوند که خواص ماده از قوانین فیزیک کلاسیک قابل توجیه نباشند و فقط فیزیک کوانتوم بتواند رفتار ماده را توجبه کند.




شکل1- هر گاه هر سه بعد ماده در مقیاس نانومتری قرار گیرد، ساختار حاصل را نقطه‌ی کوانتومی (Quantum Dot) می‌نامیم. در این شکل یک نقطه کوانتومی در سطح ساختار اتمی نشان داده شده است (شکل نقطه کوانتومی سیلیکون)

ما در این مقاله قصد داریم راجع به مبانی فیزیکی رفتار نوری نقاط کوانتومی صحبت کنیم. روش‌ها و تکنیک‌های گوناگون ساخت نقاط کوانتومی و کاربردهای مختلف آن در گذشته در قالب مقالاتی بر روی سایت قرار گرفته است. برای توجیه رفتار نوری نقاط کوانتومی از نظریه‌ی باندی استفاده می‌کنیم (برای آشنایی با مبانی نظریه‌ی باندی می‌توانید به مقالات اول و دوم نانو الکترونیک مراجعه کنید.)

چالش‌های تراشه‌های ساخته شده با نانو لوله‌های کربنی
استفاده از نانولوله‌های کربنی به جای ترانزیستورهای سیلیکونی اگر چه ایده‌ی بسیار جالبی است و احتمالا موجب جهش عظیمی در صنعت الکترونیک خواهد شد، لیکن هنوز یک ایده‌ی اولیه است و جوانب آن چندان مورد بررسی و کنکاش قرار نگرفته است. یکی از بزرگ‌ترین محدودیت‌ها بر سر راه آن، فناوری ساخت نانولوله‌های کربنی به شکل مورد نظر در این مکانیسم است. اگر چه امروزه روش‌های متعددی برای ساخت نانولوله‌های کربنی وجود دارد، اما روش‌های تولید ارزان قیمت آن‌ها در مقیاس وسیع بر روی یک تراشه، هنوز توسعه نیافته است. ضمنا کاهش ناخالصی‌هایی که هنگام فرآیند ساخت در نانولوله‌ها جای می‌گیرند نیز مورد توجه است. هم‌چنین چگونگی برقراری اتصالات میانی (Interconnects) و نیز گسترش و توسعه‌ی تجهیزات و ابزارهای طراحی و ساخت تراشه‌ها با استفاده از نانولوله‌های کربنی نیز باید مورد توجه قرار گیرد. در واقع حرکت از یک فناوری قدیمی به سمت یک فناوری جدید مستلزم کنکاش و بررسی همه‌ی ابعاد این انتقال است.

نتیجه
در هنگام ابداع ترانزیستورهای سیلیکونی، پژوهشگران از این که برای استفاده در مدارات الکترونیکی جایگزین مناسبی برای لامپ‌های خلاء یافته‌اند، بسیار هیجان‌زده بودند. آن‌ها اکنون به جای استفاده از لامپ‌های خلاء می‌توانستند از ترانزیستورهایی استفاده کنند که هم ارزان‌تر و کوچک‌تر بودند و هم ساخت آن‌ها در مقیاس وسیع بسیار ساده‌تر بود. بدین ترتیب بود که صنعت الکترونیک با یک جهش عظیم روبرو شد. به تدریج دانشمندان به منظور افزایش سرعت مدارهای الکترونیکی، شروع به کوچک کردن ابعاد ترانزیستورها کردند. این ماجرا آن قدر با جدیت پیش می‌رفت که گوردون مور بر اساس آن، یک قانون تجربی را بیان کرد؛ نصف شدن ابعاد ترانزیستورها در هر 18 ماه. اما این کوچک شدن تا جایی پیش رفت که محدودیت‌های فناوری و چالش‌های کوانتومی، مسائل اساسی و چالش‌های جدی‌ای را پیش روی پژوهشگران قرار داد. در این میان ایده‌ی جدیدی به تدریج شکل گرفت و آن جایگزینی نانولوله‌های کربنی به جای ترانزیستورهای سیلیکونی بود که در این نوشتار تا حدودی ابعاد گوناگون آن مورد بررسی قرار گرفت. اکنون باید منتظر باشیم و نظاره کنیم که آیا همان طور که ترانزیستورهای سیلیکونی، لامپ‌های خلاء را به فراموشی سپردند؛ نانولوله‌های کربنی نیز ترانزیستورهای سیلیکونی را از دنیای الکترونیک بیرون خواهند راند یا نه؟!

کربن یا سیلیکون، مسأله این است!

شرکت در آزمون

مقدمه
ایده‌ی ترانزیستورهای سیلیکونی از آن جایی که توانایی قرار گرفتن در دو وضعیت روشن (on) و خاموش (off) را دارند، پس از طرح در دنیای الکترونیک به سرعت مورد نظر صنایع الکترونیک قرار گرفت. در واقع؛ در حالی که مکانیسم عملیات مدارهای مجتمع رایانه‌ها تا قبل از این، بر اساس روشن و خاموش شدن لامپ‌های خلاء انجام می‌‌گرفت؛ ترانزیستورهای سیلیکونی به عنوان ابزارهای کوچک‌تر و ارزان‌تری که ساخت میلیون‌ها عدد از آن در زمان اندکی میسر بود، جایگزین لامپ‌های خلاء شد. لذا در اندک زمانی ایده‌ی روشن و خاموش شدن لامپ‌های خلاء به کلی فراموش شد و ترانزیستورهای سیلیکونی دنیای الکترونیک را از آنِ خود کرد. سیلیکون (همان عنصر سیلیسیوم یا Si) نیز به عنوان ماده‌ای که خواص نیمه‌رسانایی دارد و به فراوانی در طبیعت یافت می‌شود، ماده‌ی اصلی ساخت ترانزیستورها گردید.



شکل1- مکانیسم عملیات مدارهای مجتمع رایانه‌ها تا قبل از این، بر اساس روشن و خاموش شدن لامپ‌های خلاء انجام می‌گرفت




شکل2- ترانزیستورهای سیلیکونی به عنوان ابزارهای کوچک‌تر و ارزان‌تری که ساخت میلیون‌ها عدد ازآن در زمان اندکی میسر بود، جایگزین لامپ‌های خلاء شد.

به تدریج و با کوچک‌تر شدن ابعاد ترانزیستورها، از سویی محدودیت‌های بسیاری در فرآیند ساخت آن‌ها ایجاد می‌گردید و از سوی دیگر، چالش‌های بسیاری در عملکرد ترانزیستورها مشاهده می‌شد. پژوهشگران و دانشمندان الکترونیک بخشی از این محدودیت‌ها و چالش‌ها را با نوآوری‌ها و ابداعاتی برطرف کردند. اما ورود به دنیای نانو، همان قدر که مزایای شگفت‌انگیزی را به دنبال داشت، محدودیت‌ها و چالش‌های بسیاری را نیز در پی داشت (بخشی از این چالش‌ها و محدودیت‌ها و نیز راه‌حل‌های پژوهشگران برای پاسخ به آن‌ها در مقالات یازدهم تا چهاردهم نانوالکترونیک مطرح شده است.)