211service.com
IBM's 'Noise Free' Nano Lab
Deze week kondigde IBM plannen aan om 's werelds grootste ruisvrije nano-elektronische fabricagefaciliteiten in Zwitserland te bouwen. Door apparatuur af te schermen van externe elektromagnetische, thermische en seismische ruis, zouden de nieuwe faciliteiten het onderzoek op een groot aantal gebieden, zoals spintronica, op koolstof gebaseerde apparaten en nanofotonica, moeten helpen bevorderen, zegt IBM.
Blok da geluid: Een artist's rendering (boven) toont het ontwerp van IBM's nieuwe nanotech-onderzoeksfaciliteiten in Zürich, Zwitserland, die 's werelds grootste ruisvrije laboratoria zullen omvatten. Testbanken in elk laboratorium (onder) rusten op seismische blokken die op pneumatische veren zijn gemonteerd. De dubbele vloeren van de labs elimineren trillingen, ook die veroorzaakt door mensen die de kamer binnenkomen.
Naarmate het elektronica-onderzoek naar steeds kleinere schaal verschuift, wordt een stabiele laboratoriumomgeving steeds belangrijker, zegt Matthias Kaiserswerth, directeur van de IBM Zürich onderzoekslaboratorium . Als je een nieuwe transistor probeert te ontwerpen door individuele elektronen te manipuleren die door een koolstofnanobuisje bewegen, kan elke storing - een voorbijrazende vrachtwagen of een stofzuiger in de buurt - je experiment verstoren en je met niet-reproduceerbare resultaten achterlaten.
Wat we proberen te bereiken, is iets dat echt ruisvrij is, afschermend tegen al deze invloeden, zegt Kaiserswerth. Uiteindelijk, zegt Kaiserswerth, zullen dit soort faciliteiten voor nano-elektronica worden wat cleanrooms zijn voor conventionele siliciumelektronica.
Henry Smith , mededirecteur van MIT's Nanostructures Laboratory, is daar niet zo zeker van. Er is geen hard bewijs dat dergelijke faciliteiten nodig zijn, zegt hij. Actieve isolatie van trillingen is een betere oplossing en tegen veel lagere kosten.
Maar Xiang Zhang , directeur van het Nano-Scale Science and Engineering Center van de University of California, Berkeley, zegt dat het precies de bereidheid van IBM is om risico's te nemen met zijn nieuwe faciliteit die opwinding zal creëren in de nanotech-gemeenschap. Dat is een goed teken, zegt hij.
De nieuwe laboratoria maken deel uit van een $ 90 miljoen, 65.000 vierkante meter grote faciliteit die wordt gebouwd door IBM in samenwerking met het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie, ook in Zürich. Een derde van de $ 90 miljoen gaat naar de bouw van 10.000 vierkante meter aan cleanroomfaciliteiten en 2.000 vierkante meter aan geluidsvrije laboratoria. Hoewel nanotech-labs elders op verschillende manieren worden afgeschermd, zegt Kaiserswerth, wordt deze 200 vierkante meter uniek. Deze ruisvrije laboratoria geven ons een concurrentievoordeel, zodat we sneller vooruit kunnen.
IBM maakt computerchips, zegt Kaiserswerth. Maar we hebben de afgelopen jaren geworsteld om te voldoen aan de wet van Moore in termen van verdubbeling van het aantal transistors op een chip en verdubbeling van de kloksnelheid. Technieken die de industrie van oudsher heeft gebruikt om de circuitdichtheid te verhogen, beginnen tegen de fundamentele fysieke limieten van silicium aan te stoten. Zoveel bedrijven en onderzoekscentra proberen nieuwe manieren te ontwikkelen om informatie op te slaan en berekeningen uit te voeren.
IBM kijkt bijvoorbeeld naar het bouwen van transistors van nanodraden, met behulp van kleine magnetische krachten die door elektronen worden uitgeoefend om informatie op te slaan, en het vertragen en buigen van licht op manieren die het mogelijk maken om berekeningen uit te voeren met fotonen in plaats van elektronen.
Maar met deze nieuwe technologieën komen nieuwe uitdagingen. Als je eenmaal onderzoek op atomaire schaal gaat doen, heb je te maken met zeer lage energieniveaus, en dus heb je zeer gevoelige instrumenten nodig, zegt Kaiserswerth. En hoe gevoeliger het instrument, hoe beter het reageert op verstoringen in de omgeving. Elke keer dat we een nieuw apparaat kochten, zeiden Paul Seidler, de wetenschaps- en technologiemanager van IBM Zürich, moesten we nadenken over welk laboratorium het meest geschikt was.
En naarmate nanotechnologie vordert in het maken van steeds kleinere structuren die een hogere precisie vereisen, zullen veel laboratoria dit steeds meer een probleem vinden, zegt Kaiserswerth. Zhang is het daarmee eens. Het is iets dat de industrie zal moeten aanpakken, zegt hij.
Elk laboratorium in de nieuwe faciliteit van IBM zal testbanken hebben die op afzonderlijke betonblokken zijn gemonteerd, elastisch ondersteund door pneumatische dempers. Deze worden op hun beurt gemonteerd op trillingsabsorberende massieve betonplaten. Deze dubbele vloer elimineert zelfs trillingen die worden veroorzaakt door mensen die de kamer binnenkomen.
Evenzo zullen de laboratoria effectief worden ingepakt in kooien die fungeren als passieve elektromagnetische schilden om te beschermen tegen permanente elektromagnetische velden, zoals die veroorzaakt door nabijgelegen spoorwegen of andere laboratoria. Op sensoren gebaseerde actieve afscherming compenseert eventuele periodieke elektromagnetische storingen. We kunnen tot vijf nanotesla afschermen, of een 10.000ste van het aardmagnetisch veld, zegt Kaiserswerth.
Dit is het volgende niveau van precisie, zegt Seidler. In veel opzichten is het een indicatie dat nano-elektronica zijn intrede heeft gedaan.