برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

دانشمندانی که در حوزه نوظهور اسپین ترونیکس تحقیق می‌کنند با این مشکل مواجه هستند که اسپین الکترونها در اثر تاثیر میدانهای مغناطیسی ذرات نزدیک ، ضعیف می‌شود. یک گروه از محققان برای نخستین بار موفق شدند نه تنها فرآیند تضعیف اسپین را در عمل مشاهده کنند، بلکه در عین حال راهی برای مقابله با آن را تکمیل کنند. اسپین ترونیکس حوزه‌ای تازه در مهندسی الکترونیک است که در آن بجای استفاده از بار الکترونها از اسپین آنها به عنوان واحدهای پایه‌ای اطلاعات یعنی صفر و یک استفاده می‌شود.

اسپین بالا به عنوان ‪۱‬در نظر گرفته می‌شود و اسپین پایین به منزله صفر است. مقصود از اسپین نیز نحوه چرخش ابر الکترونی در فضای اطراف هسته است. اگر چرخش در جهت عقربه‌های ساعت یا در خلاف آن باشد محور چرخش یا اسپین بالا یا پایین فرض می‌شود. به نوشته نشریه علمی "فیزیکال ریویو لترز" "پی‌اف براون" و همکارانش در بررسی "نقطه‌های کوانتومی" یعنی خوشه‌ای اتمها که در فضایی به ابعاد چند نانومتر در کنار هم جای گرفته‌اند، پدیدار کاسته شدن از اسپین الکترونها را مشاهده کردند.

این محققان در بررسی اسپین الکترون‌های نیمه‌هادی‌هایی از جنس آرسنید ایندیوم و آرسنید گالیم مشاهده کردند که اسپین اولیه الکترونهای اینگونه نقطه‌های کوانتومی در مدت ‪۰.۵‬نانو ثانیه که معادل نیم عمر این اسپین‌ها است از مقدار اولیه خود به حد یک سوم کاهش می‌یابند و آنگاه در این تراز تا مدت ‪۱۰‬نانو ثانیه باقی می‌مانند. این محققان در عین حال دریافته‌اند که اگر یک میدان مغناطیسی استاتیک ضعیف به میزان ‪۱۰۰‬هزارم تسلا به این نقطه‌ها اعمال شود می‌توان از تضعیف اسپین جلوگیری کرد. این قبیل میدانها را می‌توان با کمک یک آهنربای ضعیف ایجاد کرد. حضور میدانی از این نوع باعث می‌شود نیم عمر اسپین الکترون تا ‪۴‬نانو ثانیه افزایش یابد و به این ترتیب امکان بهره‌گیری از پدیدار اسپین در دستگاههای الکترونیک آینده را بالا ببرد.


نانو تکنولوژی


پیشوند نانو در اصل یك كلمه یونانی است. معادل لاتین این كلمه، Dwarf است كه به معنی كوتوله و قدكوتاه است. این پیشوند در علم مقیاس ها به معنی یك میلیاردم است . بنابراین یك نانومتر، یك میلیاردم متر است. این مقیاس را با ذكر مثال هایی عینی ، بهتر می توان حس كرد. یك تار موی انسان بطور متوسط قطری حدود 50000 نانومتر دارد. یك سلول باكتری، قطری معادل چند صد نانومتر دارد. كوچكترین اشیای قابل دید توسط چشم غیر مسلح اندازه ای حدود 10000 نانومتر دارد. فقط حدود 10 اتم هیدروژن در یك خط، یك نانومتر را می سازد.



مقــــدمه ای بر نانو تكنــولــوژی

ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیك در سال 1965 و یكی از مشهورترین فیزیكدان های دهه 60 میلادی كه ملقب به پدر علم نانوتكنولوژی است، در سال 1960 در همایش جامعه فیزیك آمریكا طی یك سخنرانی، پیش بینی انقلابی و جذابی را بیان نمود. وی بیان كرد فضای زیادی در پایین وجود دارد. همین جمله، پایه علم نانو تكنولوژی شد. وی در آن سخنرانی این نكته را مطرح ساخت كه اصول علم فیزیك چیزی جز امكان ساختن اتم به اتم اشیاء بیان نمی كنند. فاینمن همچنین خطوط حكاكی شده ای روی یك سطح را فرض نمود كه عرضی به اندازه چند اتم داشتند و تصور كرد كه می توان این خطوط را بوسیله تابش پرتوهای الكترونی به یك ماده زیر لایه تولید نمود. این بحث ، پایه و اساس تولید تراشه های سیلیكونی امروزی است. وی پیشنهاد كرد كه می توان اتم های مجزا را دستكاری كرد و مواد و ساختارهای كوچكی را تولید نمود كه خواص متفاوتی دارند. گرچه پیش بینی های فاینمن در

بین دانشمندان هم دوره اش از پذیرش خوبی برخوردار نشد، ولی این پیش بینی ها امروزه به حقیقت پیوسته است.

در دهه 50 و 60 میلادی فعالیت های زیادی روی ذرات فلزی كوچك در حال انجام بود. در آن زمان این فعالیت ها را نانوتكنولوژی نمی نامیدند. تولید سیلیكون متخلخل در سال 1965 و یا كار روی تولید ذرات نانومتری (نانو ذرات) فلزات قلیایی به وسیله تبخیر فلز سدیم و پتاسیم و چگالش سریع آنها ، از جمله این فعالیت ها بود. سیال های مغناطیسی نیز در دهه 60 توسعه یافتند. این مواد شامل نانو ذرات مغناطیسی هستند كه در یك مایع توزیع شده اند.

اخیراً در عملیات باستان شناسی كشف شده كه برخی از سرامیك های لعاب دار دوره خلفای عباسی دارای طرحی بسیار پیچیده هستند و چندین رنگ و تلألو رنگین كمانی را از خود نشان می دهند. تعدادی از این كاشی ها در برخی مساجد كشور تونس بكار برده شده است. وقتی نور سفید به این سرامیك ها برخورد می كند، بسته به زاویه تابش رنگ لعاب عوض می شود( مثل بال پروانه یا رنگ روی لوح فشرده). این جلوه از كنار هم قرار گرفتن تناوبی نانو ذرات كه هر ذره خواص نوری منحصر به فردی دارد، بوجود می آید. هر طول موج برخورد كننده به ذرات كه بتواند قانون برگ را تأمین كند، منعكس شده و رنگ خاصی را پدیدار می نماید.





نانو چیست؟

پیشوند نانو در اصل یك كلمه یونانی است. معادل لاتین این كلمه، Dwarf است كه به معنی كوتوله و قدكوتاه است. این پیشوند در علم مقیاس ها به معنی یك میلیاردم است . بنابراین یك نانومتر، یك میلیاردم متر است. این مقیاس را با ذكر مثال هایی عینی ، بهتر می توان حس كرد. یك تار موی انسان بطور متوسط قطری حدود 50000 نانومتر دارد. یك سلول باكتری، قطری معادل چند صد نانومتر دارد. كوچكترین اشیای قابل دید توسط چشم غیر مسلح اندازه ای حدود 10000 نانومتر دارد. فقط حدود 10 اتم هیدروژن در یك خط، یك نانومتر را می سازد.



تاریخچه نانوتكنولوژی

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند كه مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسیم كرد تا به ذراتی رسید كه خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشكیل می‌دهند، شاید بتوان دموكریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین كسی بود كه واژة اتم را كه به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به كار برد. با تحقیقات و آزمایش‌های بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ كشف كرده‌اند. آنها همچنین پی برده اند كه اتم‌ها از ذرات كوچكتری مانند كوارك‌ها و لپتون‌ها تشكیل شده‌اند. با این حال این كشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم‌نیست. نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت كه اولین نانوتكنولوژیست‌ها شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند كه از قالب‌های قدیمی(Medieal forges) برای شكل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌كرده‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند كه چرا با اضافه‌كردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌كند. در آن زمان برای ساخت شیشه‌های كلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این كار شیشه‌های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است. این قبیل شیشه‌ها هم‌اكنون در بین شیشه‌های بسیار قدیمی یافت می‌شوند. رنگ به‌وجودآمده در این شیشه‌ها برپایه این حقیقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میكرو نمی‌باشند.در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه‌های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه‌ای از آنهاست.

این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می‌شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز700 (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا 14 به 1 است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است. در سال1959 ریچارد فاینمن مقاله‌ای را دربارة قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی كه توسط بسیاری تا آن زمان كسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. فاینمن كه بعدها جایزه نوبل را در فیزیك دریافت كرد درآن سال در یک مهمانی شام كه توسط انجمن فیزیک آمریكا برگزار شده بود، سخنرانی كرد و ایده فناوری نانو را برای عموم‌مردم‌آشكارساخت. عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی‌درسطوح‌پایین‌وجود‌دارد» بود.
سخنرانی او شامل این مطلب بود كه می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیكا را بر روی یك سنجاق نگارش كرد.یعنی ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعیش كوچك می شود. او همچنین از دوتایی‌كردن اتم‌ها برای كاهش ابعاد كامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد كنونی بودند اما او احتمال می‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد كامپیوترهای كنونی نیز كوچكتر كرد. او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش‌بینی نمود.



برخی از رویدادهای مهم تاریخی در شکل گیری فناوری و علوم نانو
تاریخ
رویدادهای مهم در زمینه فناوری نانو

1857
مایکل فارادی محلول کلوئیدی طلا را کشف کرد

1905
تشریح رفتار محلول‌های کلوئیدی توسط آلبرت انیشتین

1932
ایجاد لایه‌های اتمی به ضخامت یک مولکول توسط لنگمویر (Langmuir)

1959
فاینمن ایده " فضای زیاد در سطوح پایین " را برای کار با مواد در مقیاس نانو مطرح کرد

نانو چیست ؟

از نگاه لغوی ، کلمه نانو به معنای یک میلیاردم (9- 10) است و در اصل از یک واژه یونانی به معنای کوتوله گرفته شده است.در ترکیب «فناوری نانو» این کلمه به مقیاس نانومتر (nm) اشاره دارد که برابر یک میلیاردم متر و یا یک میلیونیم میلی متر است. برای درک بهتر این مقیاس اینطور می توان گفت که : یک مولکول شکر اندازه ای در حدود نانومتر دارد.نسبت میان این مولکول و یک سیب برابراست با نسبت میان سیب و کره زمین و یا چنانچه یک نوار کاغذی به طول 216 میلیمتر (طول یک کاغذA4) را 28 بار از وسط نصف نمایید ، طول کاغذ نهایی برابر 8 اتم هیدروژن بهم چسبیده و معادل 8/0 نانومتر است.

فناوری نانو

دنیای نانو ، دنیای اتم ها و مولکول هاست.اتم ها و مولکول ها خواص مواد مختلف را مشخص می کنند. این که سنگ سخت و جامد است و آب روان و مایع ، مربوط به نوع اتم ها و مولکول های تشکیل دهنده این مواد و نحوه قرار گرفتن آنها در کنار یکدیگر است.

شما الماس و گرافیت (دود سیاه ) را می شناسید.یکی سخت و شفاف است و دیگری نرم و کدر .این راهم می دانید که این مواد هر دو از کربن خالص تشکیل شده اند.تفاوت این دو ماده ، در نحوه قرار گرفتن اتم های کربن در کنار یکدیگر است. اگر شما بتوانید

رفتار اتم های کربن راکنترل کنید ، یعنی آنها را آنطور که می خواهید کنار هم بچینید، می توانید تمام دوده های عالم را به الماس تبدیل کنید.

این کنترل ساختار، همان هدفی است که فناوری نانو به دنبال آن می گردد.

در یک نگاه کلی ، فناوری نانو ، فناوری است که به بررسی و دستکاری مواد و ساختار های آن در ابعاد 1 تا 100 نانومتر می پردازد تا بتواند مواد جدیدی با خواص جدید بسازد. این که چرا فناوری نانو ابعاد 1 تا 100 نانومتر را انتخاب کرده دلیل بسیار مهم دیگری نیز دارد. ما در زندگی روزمره خود در دنیایی زندگی می کنیم که در اندازه متر است.بدن ما ، ابزار و وسایلی که از آنها استفاده می کنیم، ساختمان های اطرافمان ، و... معمولاً اندازه ای بین چند سانتی متر تا چند ده متر دارند. این اندازه ها در برابر نانو بسیار بسیار بزرگ است . ما در دنیای بزرگ خودمان ، مواد را بیشتر به خواصشان می شناسیم: رنگ ، سختی و نرمی ، انعطاف پذیری ، دمای ذوب و... . طلا در دنیای بزرگ ما همیشه طلایی رنگ است ؛ آلومینیوم فلزی است که با هوا سازگاری خوبی داردو با شعله های معمولی نمی سوزد؛ کربن دوده ای شکل و بسیار نرم است و... . اما مشاهدات دانشمندان نشان می دهد که مواد در مقیاس نانو خواص بسیار متفاوتی از خود بروز می دهند. ذرات طلای کلوئیدی در اندازه های نانومتر (که از این پس آنها را نانو ذرات می نامیم) به رنگ بنفش (بین 300 تا 500 نانومتر) ، آبی (از 3 تا 30 نانومتر) ، نارنجی (1 تا 3 نانومتر) و نقره ای (زیر یک نانومتر) در می آیند. نانو ذرات آلومینیوم تبدیل به ماده منفجره ای می شوند که می تواند بعنوان سوخت راکت موشک مورد استفاده قرار گیرد.

نانو لوله های کربنی دوده ای شکل 100 برابر سخت تر از فولاد می شوند .

فناوری نانو به دنبال آن است که از تغییر خواص مواد در مقیاس نانو برای ایجاد مواد و سیستم های جدید استفاده کند.

اگر فرض کنید که موجودات زنده و محصولات طبیعی محصول فناوری با نام “فناوری خلقت “ می باشند مطمئن باشید که این فناوری در ساخت محصولات خود، نانو مقیاس عمل می کند. سطح برگ نیلوفر آبی با یک لایه نانومتری پوشانده شده است. وجود این لایه سبب می شود که آب به راحتی و با سرعت کافی بر سطح برگ لیز خورده و ذرات آلودگی های روی آن را بشوید. به این پدیده " اثر لوتوس " گفته می شود. با تقلید ازاین پدیده ، شیشه ها و پارچه هایی ساخته شده اند که " خود تمییز شونده " نامیده می شوند. روی سطح این محصولات ، همانند برگ نیلوفر آبی ، یک لایه نازک نانومتری از دی اکسید تیتانیوم و یا دی اکسید سیلیسیم کشیده شده که مانع از جذب ذرات می گردد.

همانطور که می بینید نانو ساختار ها و نانو ذرات جزئی از زندگی عادی و روزانه ما هستند. گرچه تا این اواخر کسی از دنیای نانو صحبتی نمی کرد ، اما اکنون که به کمک ابزاری چون میکروسکوپ های تونل زنی روبشی (STM ) و یا میکروسکوپ نیروی اتمی ( AFM ) مشاهده اجسام نانومتری برای ما امکان پذیر شده است بایستی منتظر انقلاب صنعتی آینده و یا همان فناوری نانو باشیم.


شاخه تحقیقاتی ارتش آمریکا به دنبال نانوذراتی است که می توانند برای مقابله با بیماری های واگیردار در میان سربازان، جایگزین آنتی‌بیوتیک‌ها شوند.  «بیاید آنتی‌بیوتیک‌ها را فراموش کنیم و به جای آنها نانوذرات را امتحان کنیم.» این گفته دارپا است؛ شاخه تحقیقاتی ارتش ایالات متحده که عقیده دارد به جای خرج کردن پول بر روی آنتی‌بیوتیک‌های جدید که تنها تا زمانی کار می‌کنند که باکتری‌ها در مقابل آنها مقاوم شوند، بهتر است به سراغ معالجه ذره‌ای سازش‌پذیر (Adaptable Nanotherapeutics) رفت که به به سادگی می‌تواند با سرایت بیماری‌ها مقابله کند.

به گزارش نیوساینتیست، این سازمان فراخوانی برای طرح‌های تحقیقاتی صادر کرده تا بتواند راه‌هایی بیابد که با استفاده از آر.ان.ای‌های مزاحم کوچک (siRNA) به جنگ باکتری‌ها برود. این ضایعات کدهای ژنتیکی به جستجوی تصویر آینه‌ای خود، مانند باکتری‌ها، درون سلول‌ها می‌گردند و آنها را ساکت می‌کنند. این کار باعث توقف تولید پروتئین و منجر به مرگ سلول می‌شود.
دارپا به دنبال ایده‌هایی برای نانوذرات سازش‌پذیر است که قابل برنامه‌ریزی مجدد باشند، تا بتوان در زمان شیوع بیماری در میان سربازان، آنها را روی siRNA های مخصوص بارگذاری کرد.
همانند سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) و اینترنت، این نوآوری نیز ممکن است سرآغازی نظامی داشته باشد؛ اما نهایتا به مدلی برای درمان همگانی تبدیل خواهد شد.



انتظار می رود در آینده اکتشافات جدید در زمینه نانوذرات، نقش مهم و پایایی در زمینه ارتباطات بازی نمایند. قطعات و سیستم های مخابراتی فوق سریع دوربرد و کوتاه برد، ماشین های محاسبانی قابل حمل و کم مصرف، حافظه و مدارات منطقی با تراکم بالا، مدارات مخابراتی فوق سریع، قطعات خودکار و پرقدرت جاذب و ذخیره ساز انرژی. وجود تمامی اینها بستگی به موفقیت های دانشمندان در تولید نسل جدید نانوذرات دارد. این مقاله برخی از پیشرفت های هیجان انگیز اخیر در زمینه نانو ذرات را که نقش مهمی در آینده شبکه ارتباطی خواهند داشت، مرور می کند.

 

نانو

در طی دو دهه اخیر، پیشرفت های شگرفی در کنترل و مهندسی مواد جدید (در مقیاس نانومتر) نظیر ساختارهایی از مرتبه اتم ها، مولکول ها و ابرمولکول ها صورت گرفته است. ایجاد چنین ساختارهایی نویدبخش پدید آمدن قطعاتی مینیاتوری با مقیاس های قابل تغییر، برای سیستم های الکترونیکی، فوتونیک، مغناطیسی، الکترو مکانیکی با بازدهی انرژی بالا (به منظور انتقال محاسبات و ارتباطات) در آینده می باشند. هدایت ارتباطات آینده به طور معقولانه به سویی که انتقال اطلاعات و داده ها به سادگی و با آهنگ بیشتری برای سامانه های فراگیر در منازل و ادارات و حتی مکان های عمومی صورت پذیرد، کلید پیشرفت در همه زمینه مذکور می باشد. در حال حاضر، این نانو قطعات برای پردازنده های مینیاتوری، حافظه، مدارها، پیونددهنده ها (Interconnects)، و سیستم های محاسباتی آینده با قابلیت شارژ خودکار و با ظرفیت بالا و باور نکردنی دریافت اطلاعات، بازدهی فوق العاده انرژی، و قابلیت تغییر مقیاس جای خود را در بین مهندسان فن آوری های جدید باز کرده و دیگر موضوعاتی صرفا تحقیقاتی نیستند. شکی نیست که تلاش ها در زمینه های مختلف علمی و موفقیت های چشمگیر در ورود نانوذرات و نانو قطعات به عرصه های مختلف تجارت در آینده پتانسیل زیادی را در زمینه های اقتصادی فراهم می کند که می توان آن را با فن آوری ارتباط از راه دور(Telecommunication) در دهه 90 و رشد فنآوری اطلاعات (IT) در دهه اخیر قابل قیاس دانست.



نانو

در این مقاله ما تلاش خواهیم کرد تا به صورت فشرده نو آوری های انجام گرفته در زمینه نانو ذرات و نانو قطعات را مرور کنیم و گسترده ای از عامل های حیاتی در تضمین موفقیت فنآوری ارتباطات آینده و شبکه حسگرهای هوشمند را مطرح می سازیم.

 

نانوذرات برای قطعات مورد نیاز مخابرات افزایش تقاضا برای اتصال بی سیم، بوسیله سیستم های هوشمند فراگیر و دریافت اطلاعات بطوری که شخص، محدود به مکان های خاصی نباشد، این نیاز را بوجود آورده است که آهنگ ارسال اطلاعات بیشتر گردد. برای دست یابی به این مهم باید حافظه و قابلیت پردازش و محاسبات در قطعات مورد نیاز در حوزه مخابرات افزایش یابد؛ در عین حال شکل کوچک این قطعات حفظ شود و توان مصرفی آنها پایین باقی ماند برای بیشتر از یک دهه است که فعالیت های مربوط به این زمینه، بر روی بهبود فناوری نقاط اتصال داخل تراشه و بین تراشه ای و ارتباطات Board- Board متمرکز شده است. این کار بوسیله کاهش مقاومت رساناها نظیر مس و هم چنین کاهش ثابت دی الکتریک مواد با بکارگیری پلیمرهایی که دارای ضریب دی الکتریک پایین (Iow- K Polymers) دارند، قابل دست یابی است. چون آهنگ ارسال اطلاعات حدود ده میلیارد بر ثانیه است، از طرفی ابعاد مسیر آزاد الکترون در یک سیم مسی در دمای اتاق، حدود 40 نانومتر می باشد؛ در نتیجه مقاومت داخلی سیم های پیوند دهنده بین قطعات، بسیار زیاد خواهد بود. دلیل وجود این مقاومت داخلی بالا در سیم مسی، وجود نقص و ناخالصی در شبکه بلوری مس می باشد، به طوری که ارسال سیگنال ها حتی برای فاصله کوتاه 50 سانتی متر، از میرایی بالایی برخوردار خواهد بود و این سبب افزایش پراکندگی گرمایی می شود (یادداشت مترجم: ساختار درونی فلزات به صورت یک شبکه کریستالی و منظم است که اتم ها در مکان های خاصی قرار دارند و الکترون های رسانشی در فضای آزاد، بین اتم ها حرکت می کنند ولی به سبب ناخالصی و نقص های شبکه، برخی اتم ها از سایر عناصر به جای اتم اصلی در شبکه منظم بلوری قرار می گیرند، بدین ترتیب مسیرهای آزاد برای حرکت الکترون رسانش بوسیله این اتم ها مختل می گردند الکترون های رسانش در برخورد با این اتم ها از مسیر اولیه خود خارج می شوند، هر چه میزان پراکنندگی به سبب نقص شبکه بلوری فلز بیشتر باشد. جریان خروجی کمتری خواهیم داشت این دقیقا همان مفهوم مقاومت الکتریکی می باشد. انرژی که توسط الکترون حمل می شد در برخورد با اتم ها جذب می شود و این سبب بالا رفتن دمای فلز و در نتیجه نوسانات با دامنه بزرگ تر اتم ها در جای خود می گردند که این نیز به نوبه خود احتمال برخورد اتم ها با الکترون های دیگر رسانشی را افزایش می دهد. یعنی با بالا رفتن دما مقاومت الکتریکی بیشتر می شود) بنابراین سیم های رابط بین قطعات، یکی از بزرگ ترین مشکلاتی است که سیستم ها در مقیاس گیگا(Gigascale systems) با آن مواجه اند. در حال حاضر، بیشتر از 70 درصد خازن های موجود بر روی تراشه ها با کارآیی بالا بوسیله چنین رابطه هایی با یکدیگر در ارتباطند، و توان دینامیکی پراکنده شده در چنین رابط هایی بیشتر از آنچه که در یک ترانزیستور اتفاق می افتد، می باشد.

با معایبی که برشمردیم، می توان نتیجه گرفت که سیم های مسی، دیگر گزینه مناسبی برای اتصالات بین قطعات کامپیوتر ها نمی باشند خصوصاً اینکه هر روز بر تعداد ترانزیستورهای داخلی کامپیوترها افزوده می شود.

بنابراین، سیم های مذکور مانع بزرگی در جهت پیشرفت سیستم های پردازشگر بسیار بزرگ آینده خواهند بود مقاومت، ظرفیت، القای مزاحم مربوط به پیونددهنده های مسی، باعث پایین آمدن کارآیی کامپیوترها می گردد و به طور افزاینده ای سد راه توسعه فن آوری ریزپزدازنده های فوق العاده کوچک ULSI هستند، (ULSI Ultra-Large- Scale Integration)، ابتدا تاخیر سیگنال ها در سیم های رابط افزایش می یابد و این امر تبدیل به یک محدودیت ذاتی برای سرعت مدارهای دیجیتالی می گردد که نتیجه آن پایین آمدن سرعت ریزیزدارنده ها می باشد. به نظر نمی رسد فناوری های حال حاضر راه حل مناسبی برای رفع این مشکلات در دست داشته باشد، در نتیجه نیاز به تکنیک های جدید و نوآوری برای شکستن سد بزرگ رابط های مسی احساس می شود. یکی از راه های ممکن برای حل این مشکل استفاده از رابط های Photonic و رابط های نوری فضا- آزاد (Free- Space) می باشد.

نانو

 
 

رابط های فوتونیک مانند موجیرهای اپتیکی یا فیبرهای نوری می توانند داده های دیجیتالی را با ظرفیتی تا سه برابر داده های منتقل شده توسط رابط های الکترونیکی، منتقل نمایند. بر خلاف داده های الکترونیکی، سیگنال های نوری می توانند تا ده ها کیلومتر بدون میرایی و یا پراکنش، به مقصد منتقل گردند (توضیح مترجم: سیگنال های نوری منتقل شده توسط فیبرهای نوری در مدهای مختلف انجام می پذیرد، این فیبرهای نوری از موادی خاص و بدون هیچ گونه عامل اعوجاج تولید می گردند، که به صورت دو لایه، سه لایه و ... ساخته می شوند که با توجه به فرکانس نور، مد خاصی توان عبور از این فیبرها را دارد و بر اساس قانون شکست و بازتاب کلی در بین لایه ها منتشر می گردد، اگر درباره شفافیت این فیبرها بخواهیم مثالی بزنیم  می توان آن را با شیشه معمولی مقایسه کنیم، اگر شیشه ای معمولی به ضخامت 1 متر تولید کنیم و آن را در مقابل پنجره قرار دهیم درصد بسیار کمی نور از آن سوی شیشه به شما خواهد رسید. در صورتی که شیشه ساخته شده از جنس فیبر نوری تقریباً 99 درصد از نور را به خوبی عبور می دهد و از شدت آن نمی کاهد، حتی اگر شیشه ای به ضخامت 1 کیلومتر با این مواد تهیه  شود باز هم تا حدود 50 درصد نور به سوی دیگر خواهد رسید).

هر فرکانس با یک مد خاص فرستاده می شود در واقع هر مد به عنوان یک کانال می تواند محسوب گردد، بنابراین شما قادر خواهید بود با داشتن یک فیبر نوری چندین کانال ارسال اطلاعات با سرعت بالا و همزمان را در اختیار داشته باشید.

این فناوری با نام WDM شناخته می شود (WDM:Wavelength-Division Multiplexing). امروزه 40 سیگنال مجزا که آهنگ ارسال هر یک به تنهایی برابر 10 گیگا بایت بر ثانیه است را می توان به طور همزمان از طریق یک فیبر نوری به قطری برابر با قطر تار موی انسان ارسال نمود. علیرغم تمام ویژگی های مثبتی که از پیوند دهنده های نوری بر شمردیم، دلیل مهمی که هنوز این پیوند دهنده ها جایگاه خود را در صنعت باز نکرده اند، قیمت بالا، ابعاد بزرگ آنها، و همچنین مشکل بکارگیری آنها با CMOS در طراحی مدار می باشد، (CMOS.Complementary Metal Oxide Semiconductor)، قطعات پیوند دهنده نوری امروزی از مولفه های ویژه ای نظیر آرسنید گالیم (GaAs)، فسفید ایندیوم (InP)، نیوبات لیتیم (LiN)، و مواد عجیب و غریب دیگر ساخت می شوند، به همین دلیل نمی توان آنها را به سادگی در چیپ های سیلیکونی بکار گرفت. این امر سبب شده تا ساخت مدار با پیونددهنده های نوری مشکل باشد زیرا مسیرهایی که نور باید در آنها منتشر شود باید با دقتی از مرتبه میکرومتر مشخص شوند. باید در نظر داشت پیوند دهنده های نوری زمانی در عرصه صنعت وارد شدند که برای نیم قرن است که صنعت الکترونیک با اختراع مدارهای مجتمع (TC) یکه تاز میدان است. منطقی ترین راه برای پیوند دهنده های نوری حرکت به سمت فروش عمده (Mass Marketing) و ارائه یک پکیج نوین، تولید انبوه آن با قیمت پایین می باشد. خوشبختانه اخیرا، چندین نانو ذره و روش ساخت در مقیاس نانو، نقش مهمی در مجتمع سازی قطعات نوری مختلف بر روی صفحه سیلیکونی دارند.

http://www.fizix.mihanblog.com/page/7

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :