Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» N 32 от 5 сентября 2006 года

С помощью электронно-лучевой литографии ученые изготовили канавку шириной триста нанометров с парой электродов по обоим краям и еще одним - на дне. Затем между краями канавки были выращены углеродные нанотрубки.

Подобно натянутым струнам гитары такие нанотрубки имеют собственные частоты механических колебаний. Эти колебания нетрудно возбудить высокочастотным электрическим сигналом. Измерения показали, что их частота превышает один гигагерц.

Авторы утверждают, что это первый механический осциллятор, работающий на таких высоких частотах в нормальных условиях - при комнатной температуре и атмосферном давлении. Предыдущие механические устройства, генерирующие частоты порядка гигагерца, требовали малого давления и охлаждения до сверхнизких температур.

Малая масса, высокая жесткость и незначительное количество дефектов превращает углеродные нанотрубки в почти идеальные струны. И так же, как у обычных струн, частота колебаний нанотрубок уменьшается при увеличении их массы. Толстые, массивные струны звучат более низким тоном. Эта закономерность делает наноструны чрезвычайно чувствительными весами. К нанотрубке достаточно присоединить одну-единственную молекулу, чтобы частота ее колебаний заметно уменьшилась. Такое устройство способно измерить массу порядка 10-18 г.

Остается добавить к нанотрубкам химически активные «метки» так, чтобы к ним присоединялись только молекулы определенного типа, например взрывчатых или отравляющих веществ, и сверхчувствительный надежный химический сенсор будет готов. Подобный прибор сможет не только обнаружить, но и взвесить молекулу опасного вещества, убедившись, что это именно оно и есть. К решению этой практической задачи и приступили вдохновленные успехом ученые. - Г.А.

Новый тип мазера (квантового генератора когерентного микроволнового излучения) предложили ученые из Университета Гронингена в Нидерландах. Необычный мазер использует спины электронов и в отличие от мазеров других конструкций может быть размещен непосредственно в чипе.

Наверное, не все помнят, что мазер был изобретен раньше лазера - в начале пятидесятых годов. И теперь, возможно, необычный спиновый мазер вызовет новый поток идей, как и в те далекие годы середины прошлого века.

В любом обычном лазере или мазере внешний источник энергии осуществляет накачку рабочей среды, атомы или молекулы в которой приходят в возбужденное состояние с высокой энергией. Возвращаясь затем в свое обычное состояние, они испускают фотоны, которые, попадая в еще возбужденные атомы, в свою очередь стимулируют дополнительное вынужденное испускание фотонов. А конструкция устройства такова, что излучение всех фотонов получается согласованным по фазе и многократно усиливается, концентрируясь в узконаправленном луче.

В новом мазере вместо возбужденных атомов используют электроны. Во внешнем магнитном поле они приобретают два уровня энергии - нижний, если собственный магнитный момент, то есть спин электрона направлен вдоль поля, и верхний - если спин направлен в противоположном направлении. Если спин электрона спонтанно повернется «сверху вниз», то будет испущен квант микроволнового излучения. Остается только как-то «накачать» электроны, заставив достаточное их количество повернуться спином «вверх».

Оказывается, необходимую для мазерной генерации спиновую накачку можно осуществить с помощью несложной конструкции, которую легко разместить в любом чипе. Она состоит из слоя ферромагнитного материала (скажем, железа) и слоя парамагнетика (например, алюминия), которые разделены тонким барьером изолятора и помещены в перпендикулярное к границе раздела постоянное магнитное поле. Если через такой бутерброд пропустить электрический ток, то перескакивающие через барьер из железа в алюминий электроны будут иметь нужную ориентацию спина. Впрочем, аналогичную накачку спинового мазера можно осуществить и с помощью любого другого источника так называемого спинового тока. Несколько типов таких источников уже разработаны для спинтроники - перспективного направления электроники, в котором именно спин, а не заряд электрона предполагают использовать для хранения и обработки информации.

Как можно применить новый мазер, пока существующий лишь в теоретической модели, еще не очень понятно. Возможно, он будет полезен для передачи информации между чипами в микроволновом диапазоне, тем более что кремниевый оптический лазер до сих пор никак не удается нормально встроить в микросхемы. - Г.А.