Неизвестен Автор - Эврика-87

Необходимую чистоту и стерильность воздуха в рабочих помещениях обеспечивают управляемые компьютерами вентиляторы, пылесосы, кондиционеры... О важности этого оборудования говорит тот факт, что здание обычно конструируют, как слоеный пирог: один этаж - производственный, другой - инженерного обеспечения стерильности. Разветвленный, как спрут, пылесос опутывает своими трубами весь корпус.

Сохранить вещество в чистом виде не менее сложно, чем его очистить.

Один из путей поддержания достигнутой чистоты - хранение металла в условиях низких температур: в жидком азоте или даже в жидком гелии.

Новые лики микроэлектроники

В тонких кристаллических ферромагнитных пленках возникают магнитостатические волны, волны намагничивания. Сейчас исследуются и разрабатываются электронные устройства, основанные на возбуждении и распространении магнитостатических волн. Это приборы магнитоэлектроники.

Поиски путей дальнейшей миниатюризации электроники привели к исследованию влияния на их характеристики сверхнизких температур. Вспомнили о так называемом эффекте Джозефсона, предсказанном в 1962 году английским студентом Джозефсоном, впоследствии лауреатом Нобелевской премии.

Устройство - "джозефсоновский переход" - сконструировано из двух сверхпроводящих электродов, разделенных тончайшим (10-50 ангстрем)

слоем диэлектрика. В обычных условиях, даже при сверхнизких температурах, электрический ток через изолятор не протекает. Однако здесь благодаря сверхпроводящему состоянию электродов ток по изолятору возможен, и зависит он от электрических и магнитных полей, приложенных к переходу. Один или несколько таких переходов могут работать как детектор, усилитель, логический элемент или ячейка памяти.

Благодаря сверхпроводимости при температуре всего 4,2 градуса Кельвина такой прибор, работая, выделяет в десять тысяч раз меньше тепла, чем обычный транзистор. Он оказался находкой для разработчиков ЭВМ будущего. Ведь на полупроводники уже не надеялись: они потребляют слишком много энергии. Созданная на основе полупроводниковых интегральных схем ЭВМ размером с футбольный мяч должна выделять киловатт энергии за секунду. Такая ЭВМ работать бы не смогла - нет способа отвода столь Большого количества тепла. В то же гремя ЭВМ, построенная на сверхпроюдящей электронике, выделяла бы всего 0,1 ватта. В десять тысяч раз меньше!

Наиболее стабильны в работе джозефсоновские переходы с электродами из ниобия и других тугоплавких металлов.

Развитие методов литографии, вакуумной техники, применение тугоплавких металлов позволяет надеяться, что производство элементов вычислительных машин на основе переходов Джозефсона начнется в ближайшие годы.

Устройства сверхпроводящей электроники обладают высокой чувствительностью. На их основе сделаны особо чувствительные измерители магнитных потоков и полей, способные фиксировать магнитные поля не только сердца (магнитокардиография), но и мозга (магнитоэнцефалография). Кардиологи и нейрохирурги получили новый тонкий инструмент для исследований и практики.

Металл - это почти вакуум

Исследования на образцах металлов сверхвысокой чистоты способствовали прогрессу в изучении свойств электронов проводимости. Чтобы "поймать"

увеличение длины свободного пробега электронов, эксперименты проводили на монокристаллах с высокой степенью очистки от посторонних электрически активных примесей и при космическом холоде - температуре кипения гелия - и даже более низкой. Рекордный свободный пробег в восемь-десять миллиметров совершают электроны в сверхчистых образцах индия, выращенных сотрудниками институтов АН СССР. То есть чистый металл вел себя в известной мере как вакуум!

Кандидатом физико-математических наук В. Петрашовым (ИФТТ АН СССР)

создан новый метод анализа чистоты металлов. Он основан на свойстве особого типа электромагнитных волн - геликонов - затухать в ряде металлов пропорционально концентрации в них примесей. Метод пригоден для анализа чистоты всех металлов, в которых обнаружено распространение геликонов лития, натрия, алюминия, калия, золота, свинца и других. Его чувствительность повышается с возрастанием чистоты металла. Отсутствие контакта с анализируемым веществом позволяет вести измерения, когда образец находится в запаянной ампуле.

На основе явления затухания геликонных волн создана аппаратура и для определения свободного пробега электронов проводимости (некое подобие сверхпроводимости) в рекордно чистых металлах при температуре жидкого гелия.

А сами геликоновые волны - это затухание электромагнитных волн, испускаемых плазмой заряженных частиц. Это опять же попытка рассмотрения чистых металлов как чего-то, что сродни вакууму. Ведь только в вакууме появляется подобная плазма.

Исследования чистых металлов могут привести к появлению нового направления науки и техники - металлической электроники, металлотроники.

Речь идет о создании направленных пучков электронов в металле и управлении ими, подобно тому как это делается в электронной вакуумной лампе.

Ведь в известном смысле металлический образец высокой степени чистоты подобен вакууму для электронов проводимости. Ясно, что металлотроника резко повысила бы эффективность - быстродействие - вычислительных и управляющих систем.

Сейчас эта идея уже не кажется фантастической. Эксперименты с такими чистыми металлами, как индий и висмут, с длиной свободного пробега электронов более пяти миллиметров, выполненные в Институте физики твердого тела доктором физико-математических наук В. Цоем, доказали возможность фокусирования электронов проводимости внутри металлического образца и управления их траекториями с помощью магнитного поля.

Основными элементами для новейшей ветви микроэлектроники металлической электроники - могут стать микромостики, изготовленные путем локального утоньшения до одного микрона массивных металлических кристаллов особой чистоты.

Микромостик - это, по сути, узкий, длиной сто микрон "мост", соединяющий два металлических монокристалла.

Когда была сооружена первая ЭВМ на электронных лампах, оказалось, что вес у нее весьма солидный - тридцать тонн! Соответственно занимала она зал в сто пятьдесят квадратных метров.

Современная микроЭВМ, превосходящая первую и по быстродействию, и по объему памяти, напоминает солидную книгу. По размерам, не более.

Металлотроника - еще только в процессе исследований и становления.

Время точных характеристик еще впереди. Но можно с уверенностью предсказать: металлотроника-новый революционный скачок в электронной технике.