Den ultimative grønne teknologi:Oprettelse af computere, der bruger 10, 000 gange mindre energi

Forestil dig at mønstre og visualisere silicium på atomniveau, noget, som hvis det lykkes vil revolutionere kvante- og klassisk computerindustri. Et team af forskere i Edmonton, Canada har gjort netop det, ledet af en verdenskendt fysiker og hans kommende protegé.

University of Alberta ph.d. -studerende Taleana Huff gik sammen med sin vejleder Robert Wolkow om at kanalisere en teknik kaldet atomkraftmikroskopi - eller AFM - til mønster og billede elektroniske kredsløb på atomniveau. Dette er første gang, den kraftfulde teknik er blevet anvendt til fremstilling af atomskala og billeddannelse af en siliciumoverflade, notorisk vanskeligt, fordi handlingen med at anvende teknikken risikerer at beskadige silicium. Imidlertid, belønningen er risikoen værd, fordi dette kontrolniveau kunne stimulere revolutionen i teknologiindustrien.

"Det er lidt som punktskrift, "forklarer Huff." Du bringer den atomisk skarpe spids virkelig tæt på prøveoverfladen for simpelthen at mærke atomerne ved at bruge de kræfter, der naturligt findes blandt alle materialer. "

Et af problemerne med at arbejde i atomskala er risikoen for at forstyrre det, du måler, ved at måle det. Huff, Wolkow, og deres forskningssamarbejdspartnere har stort set overvundet disse problemer og kan som et resultat nu bygge ved at flytte individuelle atomer rundt:vigtigst af alt, disse atomisk definerede strukturer resulterer i et nyt niveau af kontrol over enkeltelektroner.

Det er første gang, at den kraftfulde AFM -teknik har vist sig ikke kun at se siliciumatomerne, men også de elektroniske bindinger mellem disse atomer. Centralt i teknikken er en kraftfuld ny beregningsmetode, der analyserer og verificerer identiteten af ​​atomer og bindinger, der ses på billederne. "Vi kunne ikke have udført disse nye og krævende beregninger uden støtte fra Compute Canada. Denne kombinerede beregnings- og målemetode lykkes med at skabe et fundament for en helt ny generation af både klassiske og kvanteberegningsarkitekturer, "siger Wolkow.

Han har sine langsigtede mål om at lave ultrahurtige og ultra-lave strømforbrug siliciumbaserede kredsløb, potentielt forbruger ti tusinde gange mindre strøm end hvad der er på markedet.

"Forestil dig i stedet for, at dit telefonbatteri varer en dag, at det kan vare uger ad gangen, fordi du kun bruger et par elektroner pr. beregningsmønster, "siger Huff, der forklarer, at præcisionen i arbejdet vil gøre det muligt for gruppen og potentielle industriinvestorer at geometrisk mønstre atomer til at lave næsten enhver form for logisk struktur, man kan forestille sig.

Dette praktiske arbejde var præcis det, der trak den selvbeskrevne canadisk-ved-fødsel amerikansk-ved-personlighed til kondenseret fysik i University of Alberta's Science Faculty. Efter bachelorarbejde i astrofysik - og praktik hos NASA - følte Huff trang til at blive mere håndgribelig med sit kandidatarbejde. (Med hobbyer, der omfatter kraftløftning og restaurering af motorcykler, hun kommer af ønsket om håndgribelighed helt ærligt.) "Jeg ville have noget, som jeg kunne røre ved, noget, der ville være et fysisk produkt, jeg kunne arbejde med med det samme, "siger Huff.

Og hvad angår hvem hun ville arbejde med, hun gik direkte til toppen, opsøger Wolkow, kendt verden over for sit arbejde med kvantepunkter, dinglende obligationer, og industri-presserende arbejde med atomskala videnskab. "Han har bare så stor en lidenskab og overbevisning for det, han gør, "fortsætter hun." Med Bob, det er ligesom, 'vi kommer til at ændre verden.' Det synes jeg er virkelig inspirerende, "siger Huff.

"Taleana har passionen og drivkraften til at få gjort meget udfordrende ting. Hun har nu forståelse og færdigheder, der virkelig er unikke i verden, hvilket giver os en stor fordel på området, "siger Wolkow." Vi mangler bare at arbejde med hendes musiksmag, «tilføjer han med et grin.

Gruppens seneste forskningsresultater, "Mulig observation af kemisk bindingskontrast i AFM -billeder af en hydrogentermineret siliciumoverflade" blev offentliggjort i februar 13, 2017 nummer af Naturkommunikation .