Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №759

Физикам из Корнельского университета удалось изготовить оптический осциллограф, способный работать на два с лишним порядка быстрее своих электронных собратьев. Это обещает скорое появление недорогих настольных и даже ручных приборов для анализа сигналов в современных телекоммуникационных сетях, изучения быстрых химических реакций и физических процессов.

Осциллограф позволяет увидеть на экране зависимость различных сигналов от времени. Инженерам и ученым он так же необходим, как нож повару. Сегодня лучшие электронные осциллографы имеют разрешение 30 пс, чего уже недостаточно для анализа быстрых процессов в научных лабораториях и сигналов в оптическом телекоммуникационном оборудовании. И хотя есть масса изощренных способов обойти это ограничение, все они обычно требуют целую серию одинаковых импульсов, к тому же медленно работают.

Чтобы решить эту проблему, ученые перешли от электроники к оптике, благо фотонные схемы обещают гораздо большую полосу пропускания сигналов. Тем более что зачастую анализировать нужно именно оптические импульсы. Их не стали, как обычно, сразу преобразовывать с помощью фотодетектора в электрический сигнал, а направили по световоду в кремниевый оптический чип, изготовленный по CMOS-технологии. В чипе реализован так называемый временной Фурье-процессор, который, используя нелинейное смешение сигнала со вспомогательным лазерным импульсом, преобразует оптический сигнал из временной формы в спектральную. А уже этот спектр, повторяющий форму исходного импульса, измеряется с помощью инфракрасной светодиодной линейки.

В экспериментах ученые продемонстрировали измерение одиночных импульсов сложной формы длительностью более ста пикосекунд с разрешением 220 фемтосекунд, а это рекордное для таких устройств количество отсчетов (более 450). Новый оптический осциллограф использует отдельный кремниевый чип с нановолноводом длиной полтора сантиметра, лазер, компенсирующие световоды и другое оборудование. Но использованная технология, в принципе, позволяет интегрировать основные компоненты оптического осциллографа в единственный чип, что сделает эти приборы легко доступными для многих разработчиков и научных лабораторий. ГА

Новый способ получения графена предложили ученые из Калифорнийского института наносистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Метод хорошо подходит для массового производства и позволяет получать листы графена рекордных размеров с великолепными электронными свойствами.

Как известно, графен - слой углерода толщиною в один атом - обладает аномально высокой проводимостью, большой теплопроводностью и прочностью, что делает его одним из претендентов на место в электронных устройствах будущего. Сегодня используются два основных способа получения графена, и оба плохо сочетаются с массовым производством чипов. В первом графен тем или иным образом отслаивают от монокристаллов графита. Но после этой процедуры довольно трудно убедиться, что получился именно монослой углерода с нужными размерами и свойствами; а ведь потом его еще надо как-то переместить в заданное место чипа. Во втором способе листы графена получают из карбида кремния, нагревая его до температуры более тысячи градусов. Но с помощью этого метода пока удается получать лишь небольшие образцы, к тому же столь высокие температуры чипам явно противопоказаны.

Новый химический способ включает в себя несколько стадий. Сначала графитовую пудру частично окисляют и расслаивают в воде, получая чешуйки так называемого оксида графита. Оксид графита является удобной заготовкой для восстановления графена. Часть его химических связей между атомами в слое углерода разорваны и заменены связями с кислородными комплексами. Раствор фильтруют, прогоняя через мембрану с мелкими порами и получая на ней тонкий слой бумаги из оксида графита, которую высушивают и аккуратно снимают с мембраны. Эту бумагу помещают в чистый гидразин (N2H4), где кислородные комплексы удаляются, плоская структура графена восстанавливается и образуется суспензия, которую уже можно нанести на нужные места чипа, удалив затем остатки гидразина отжигом при полутора сотнях градусов Цельсия. В результате на чипе остается чистый, готовый к использованию графен.

Результаты превзошли все ожидания. Были получены листы графена рекордных размеров 20x40 мкм, которые теперь можно исследовать ранее недоступными методами. Для примера ученые изготовили графеновый полевой транзистор с длиной канала 7 мкм и измерили его параметры. Для этого на играющей роль затвора кремниевой подложке, покрытой изолирующим слоем диоксида кремния, восстановили слой графена, а затем нанесли на его края золотые электроды истока и стока. Такой транзистор выдерживал ток на три порядка сильнее, чем удавалось пропускать сквозь графен, получаемый другими химическими методами. Это свидетельствует о высоком качестве материала.

В то же время листы графена пока выходят не идеально ровными, отклоняясь от плоскости примерно на треть нанометра, что говорит о наличии примесей, над удалением которых еще предстоит поработать. Но в целом новая химическая технология нанесения графена довольно проста и чрезвычайно гибка. Она легко вписывается и в традиционные технологии массового производства чипов, и в новые методы изготовления гибкой электроники. И это вселяет надежду, что новая дешевая и быстрая графеновая электроника уже не за горами. ГА

Похоже, муравьи давно знают простое и эффективное решение проблемы пробок, и людям есть чему у них поучиться. К таким выводам пришли ученые из Дрезденского технического университета при поддержке коллег из Канады и Венгрии.

В обычном лесном муравейнике могут жить миллионы насекомых, а устроен он ничуть не проще иного города. И все муравьи пользуются только индивидуальным "транспортом", передвигаясь на собственных шести лапках. Как же эти маленькие труженики решают проблему заторов, перед которой пасует даже человек?

Задавшись этим вопросом, ученые сначала поставили простой лабораторный эксперимент. Между муравьиным гнездом и кормушкой с сахаром организовали две дорожки разной ширины и стали наблюдать за поведением насекомых. Естественно, более узкий путь вскоре оказался перегруженным, но перемещение муравьев осталось весьма эффективным. Выяснилось, что они действовали по очень простому алгоритму. Если возвращавшийся в гнездо по запруженной собратьями дорожке сытый муравей сталкивался у развилки с голодным, то отталкивал его на альтернативный путь. Но если сытый считал, что его путешествие домой прошло без особых проблем - он не корректировал маршрут встречного муравья, бегущего к кормушке.