Điện tử nano

Điện tử nano

Nanoelectronics – Nghệ thuật nano trong lĩnh vực điện tử

Nanoelectronics

Nanoelectronics dựa trên việc ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực điện tử và các thành phần điện tử. Mặc dù thuật ngữ Nanoelectronics có thể tổng quát hóa tất cả các thành phần điện tử, sự chú ý đặc biệt được dành cho transistor trong trường hợp này. Những transistor này có kích thước nhỏ hơn 100 nanomet. Tuy chúng rất nhỏ, đến mức cần các nghiên cứu riêng biệt để hiểu rõ về các tính chất cơ học lượng tử và thiết kế giữa nguyên tử. Do đó, mặc dù transistor có kích thước trong khoảng nanomet, chúng được thiết kế thông qua công nghệ nano. Thiết kế của chúng cũng khác biệt rất nhiều so với transistor truyền thống và thường thuộc loại ống nano/ dây nano chiều một chiều, công nghệ điện tử phân tử kỹ thuật hoặc điện tử phân tử tiên tiến.

Công nghệ này được cho là là tương lai tiếp theo, nhưng tính thực tế của nó gần như không thể với khả năng khó xuất hiện sớm.

Khái niệm cơ bản của Nanoelectronics

Mặc dù một thiết bị nanoelectronic có thể được làm hoạt động đầy đủ chức năng, khả năng làm việc của nó bị hạn chế bởi kích thước. Nguyên tắc cơ bản là sức mạnh của máy sẽ tăng theo sự tăng về thể tích, nhưng lượng ma sát mà các vòng bi của máy giữ sẽ phụ thuộc vào diện tích bề mặt của máy.

Với kích thước nhỏ của thiết bị nanoelectronic, chúng không thể được sử dụng để di chuyển các tải nặng như một thiết bị cơ khí. Nếu thử nghiệm một nhiệm vụ như vậy, nó sẽ thất bại vì sức mạnh hiện có sẽ dễ dàng bị vượt qua bởi lực ma sát. Vì vậy, chắc chắn rằng những thiết bị này có các hạn chế trong các ứng dụng thực tế.

Các phương pháp tiếp cận khác nhau cho Nanoelectronics

1. Nanofabrication (Chế tạo Nano): Phương pháp này được sử dụng để thiết kế các mảng hoặc lớp của thiết bị nanoelectronic để hoạt động cho một thao tác duy nhất. Hệ thống điện cơ nano cũng là một phần của quá trình chế tạo nano.
2. Điện tử vật liệu nano (Nanomaterials Electronics): Trong Nanoelectronics, các transistor được đóng gói dưới dạng mảng trên một vi mạch duy nhất. Do đó, chúng duy trì một cách đồng đều và đối xứng. Nhờ đó, chúng được biết đến với khả năng di chuyển electron trong vật liệu nhanh hơn. Hằng số điện môi của thiết bị cũng tăng và các đặc tính electron hoặc lỗ cũng trở nên đối xứng theo chiều ngang và chiều dọc.

Ứng dụng của Nanoelectronics

Một số thiết bị đã được phát triển nhờ vào Nanoelectronics và ứng dụng tương lai của nó được liệt kê dưới đây.

1. Nanoradio (Nanoradio):
2. Máy tính nano (Nanocomputers):
3. Sản xuất năng lượng (Energy Production):
   • Năng lượng mặt trời hiệu suất cao (High-Efficiency Solar Cells): Các thiết bị sử dụng công nghệ Nanoelectronics bao gồm các tấm pin mặt trời hiệu suất cao và rẻ hơn so với các loại thông thường.
   • Bio-nano generators: Công nghệ này còn bao gồm máy phát điện cho sản xuất năng lượng in vivo gọi là bio-nano generators. Điện cực của máy phát điện này được thiết kế với kích thước nano. Nó hoạt động giống như một cell nhiên liệu, tạo ra điện năng bằng cách hấp thụ glucose trong máu người sống. Glucose sẽ được tách khỏi cơ thể nhờ một enzyme. Enzyme này tách glucose khỏi electron và làm cho chúng trở nên hữu ích để tạo ra điện năng. Sức mạnh tạo ra thông qua thiết bị nhỏ này sẽ chỉ là vài watt vì cơ thể cần một số glucose để hoạt động bình thường. Năng lượng nhỏ này có thể được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho các thiết bị đặt bên trong cơ thể như pacemakers hoặc nanorobots chạy bằng đường.