Журнал «Компьютерра» № 31 от 28 августа 2007 года
Шрифт:
Многообещающие результаты получили физики из Калифорнийского университета в Беркли. Оказывается, нанотрубки из углерода или нитрида бора прекрасно работают как волноводы для фононов (квантов звуковых колебаний), даже если их очень сильно согнуть. Это свойство нанотрубок можно будет использовать не только для эффективного охлаждения перегретых участков электронных схем, но, быть может, даже для передачи информации в чипах. Чем выше температура тела, тем сильнее колеблются его атомы. А если по телу распространяется звуковая волна, то это тоже приводит к колебаниям его атомов относительно положения равновесия. То есть можно считать, что тепло по твердому телу переносится с помощью звуковых волн.
Кванты звуковых волн являются квазичастицами, которые называют фононами. Фононы движутся в теле, сталкиваясь друг с другом и с дефектами решетки, что приводит к их рассеянию и снижению теплопроводности. В нанотрубках фононы могут двигаться как в волноводах, то есть почти так же, как и фотоны в оптическом волокне. Однако считалось, что различные дефекты нанотрубок должны рассеивать фононы и сильно снижать теплопроводность, так же как электропроводность. Но последние эксперименты заставляют переосмыслить теорию.
Ученые закрепляли нанотрубки диаметром от 10 до 40 нанометров и длиной в несколько микрон между миниатюрным нагревателем и «холодильником», которые можно было перемещать с помощью пьезопривода так, чтобы по-разному изгибать нанотрубку. По трубке тепло передавалось от нагревателя к холодильнику, и его поток можно было измерить. С помощью привода ученые сильно изгибали нанотрубки и с удивлением обнаружили, что это никак не влияет на тепловой поток, в то время как электропроводность заметно менялась. Это означает, что вопреки ожиданиям свободный пробег фононов по трубке без рассеяния не изменяется. Согласно оценкам, он остается много большим радиуса изгиба нанотрубки и больше характерных морщин, которые образуются на внутренней поверхности изогнутой нанотрубки.
Эти факты никак не вписываются в теорию и очень обрадовали специалистов. Нанотрубки будет удобно использовать для отвода тепла от перегретой электроники, тем более что их теплопроводность примерно на порядок больше, чем у кремния. И таким проводникам будут не страшны любые изгибы, которые могут возникнуть, например, из-за теплового расширения чипа. Более того, полученные данные означают, что нанотрубки и фононы, в принципе, можно использовать для передачи информации в чипах точно так же, как сегодня используются оптические волокна и фотоны. К сожалению, скорость движения фононов – порядка скорости звука – во много раз меньше, чем скорость света, и волноводы для звука вряд ли получат широкое распространение. ГА
Взглянув на фото к этой заметке, легко ошибиться, приняв изображенный объект за комету. Однако, в нашем случае, хвостатое светило вообще не имеет никакого отношения к Солнечной системе.
Изображение, составленное из нескольких снимков аппарата GALEX (Galaxy Evolution Explorer), показывает нам небезызвестную звезду Мира из созвездия Кита. Особое внимание на эту звезду впервые обратил Давид Фабрициус (David Fabricius) еще в XVI веке. Дело в том, что Мира – переменная звезда, которая с периодом 322 дня сильно меняется в яркости, то пропадая с небосвода для наблюдателя, то вновь становясь видимой невооруженным глазом. Мира в максимуме блеска может быть в полторы тысячи раз ярче самой себя в минимуме. Причиной переменности являются изменения в размерах звезды – пульсации, а так как Мира была найдена первой из подобных звезд, то все последующие объединили в класс мирид.
Мира (точнее, Мира А) была в прошлом очень похожа на наше Солнце, но теперь это звезда преклонного
С научной точки зрения, этот снимок практически в динамике иллюстрирует обогащение Галактики веществом красных гигантов, подобных Мире, еще до гибели этих звезд. Это весьма значимая иллюстрация, так как на слуху в основном красочные процессы, связанные со звездными финалами. Так, и Миру в недалеком по астрономическим меркам будущем ждет перерождение в белый карлик, а ее внешние слои образуют планетарную туманность. Солнце ожидает та же участь, но много позже. Однако вещество, таким образом попадающее в космос, со временем позволит образоваться другим звездам. Как известно, Солнце – звезда второго поколения, которая смогла возникнуть только благодаря звездным катастрофам и таким вот хвостам. АБ
Еще один важный шаг на пути к интеграции оптических технологий в кремниевые чипы удалось сделать ученым из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре вместе с коллегами из корпорации Intel. Там создан недорогой гибридный кремниевый лазер, способный стабильно излучать короткие импульсы света, идеально подходящие для использования в оптических коммуникациях.
Как известно, основным препятствием, мешающим использовать оптику для передачи информации внутри чипов или между компонентами компьютера, давно стал кремниевый лазер. Из кремния можно сделать волновод, модулятор, фотоприемник и все другие необходимые компоненты, но электронная структура этого замечательного материала не позволяет изготавливать из него эффективные излучатели. И все многочисленные попытки как-то обойти эту трудность пока не привели к желаемым результатам.
В прошлом году группа ученых из того же университета при поддержке специалистов Intel предложила компромиссный вариант гибридного лазера, использующего так называемые "нераспространяющиеся волны". В этом лазере резонатор изготовлен из полоски кремния, а излучает в него расположенный сверху бутерброд из других более подходящих для этого полупроводников, например, фосфида индия, арсенида галлия и т. п. Такой лазер получается достаточно эффективным и недорогим в производстве благодаря тому, что работающий с остальной частью оптической системы резонатор травится в кремнии, и высокая точность в соединении пластин из различных полупроводников уже не нужна. Гибридный лазер обладал вполне приемлемыми характеристиками, но работал в непрерывном режиме, что не слишком удобно для передачи информации.
Теперь ученым удалось разработать новый вариант гибридного лазера, который работает в так называемом режиме синхронизации мод. В этом режиме лазер без дополнительной модуляции постоянно излучает короткие импульсы света длительностью 4 пикосекунды, частота следования которых достигает 40 гигагерц. Такие короткие импульсы обладают широким оптическим спектром, и с их помощью при должной модуляции можно передавать данные сразу по множеству каналов, заменив одним единственным импульсным лазером несколько сотен непрерывных. Кроме передачи информации, новый лазер можно использовать в высокоточных оптических часах, лазерном зондировании и ряде других приложений. Интеграция лазеров в кремниевые чипы различных устройств позволяет значительно снизить их стоимость, повысить надежность, уменьшить размеры и потребление энергии. ГА