نانو حافظه های الکترونیکی (کوانتومی) و نانو اِلکترونیک
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته: جذابیت نانو تکنولوژی از پدیده های کوانتومی و سطحی منحصر به فَرد ناشی می شود که ماده در مقیاس نانو از خود نشان می دهد و کاربرد های جدید و مواد جالبی را ممکن می سازد. هدف نانو تکنولوژی تکاملی، بهبود فرآیند ها، مواد و کاربرد های موجود با کوچک شدن در قلمرو نانو و در نهایت بهره برداری کامل از پدیده های کوانتومی و سطحی منحصر به فَردی است که ماده در مقیاس نانو نشان می دهد.
نانو حافظه های کوانتومی از طریق بهره برداری از ماده در مقیاس‌های بسیار کوچک عمل می کنند، به پیشرفت های حوزه نانو تکنولوژی وابسته و مبتنی هستند.از فناوری نانو در محاسبات کوانتومی و سایر فناوری های الکترونیکی مشابه استفاده کرد، دو اصل اساسی در هسته فناوری نانو وجود دارد: اول این که هر چه مواد را کوچکتر کنید، سطح نسبی مواد بیشتر می شود. و دومی از دست دادن خواص حجیم به جای پدیده های کوانتومی وقتی به چنین مقیاس کوچکی می رسید.نانوتکنولوژی کوانتومی بر اساس اصل تونل زنی الکترونی است. تئوری اصلی این است که ذره ای که در یک نانو حافظه تک بعدی محصور شده است نمی تواند فرار کند مگر اینکه الکترون راه خود را از محصور خارج کند. این پدیده ای است که فقط توسط مواد کوانتومی به نمایش گذاشته می شود و با هیچ ماده حجیمی دیده نمی شود. این اصل را می توان برای گنجاندن تمام 3 بعدی - به اصطلاح ذره در یک نانو حافظه سه بعدی - گسترش داد. مقدار محصور شدن الکترون وارد شده به یک ماده، بعد آن را تعیین می کند - زیرا ابعاد کوانتومی نسبت به محصور شدن الکترون (و در چند بعد الکترون ها در آن عمل می کنند) نسبی تر از آرایش فضایی اتمی است.نقاط کوانتومی احتمالاً شناخته شده ترین ساختار کوانتومی در نانو حافظه ها هستند. نکته جالب در مورد نقاط کوانتومی، این است که از نظر الکترونیکی، آنها در تمام سه بعدی محدود می شوند، بنابراین به عنوان مواد صفر بعدی طبقه بندی می شوند.
نقاط کوانتومی کلاس جالبی از مواد هستند و بسیاری از آنها کاربردی هستند (که معمولاً قابل تنظیم است). آنها در طبیعت نیمه رسانا هستند و اغلب به اتم های مصنوعی اطلاق می شوند زیرا دارای حالت های الکترونیکی گسسته هستند - یعنی حالت ها فقط می توانند مقادیر خاصی از انرژی را دریافت کنند (برخلاف مواد حجیم). نقاط کوانتومی اکنون در بسیاری از کاربردها مانند نانو حافظه های الکترونیکی مورد توجه قرار گرفته اند نانو سیم های کوانتومی که در غیر این صورت به عنوان نانو سیم شناخته می شوند، یک ساختار یک بعدی رسانای الکتریکی با الکترون‌هایی هستند که در دو بعد محصور شده‌اند. آنها به عنوان "سیم" شناخته می شوند زیرا حرکات الکترون در یک جهت عرضی، یعنی در امتداد سیم، محدود می شود و حالت کار آنها را شبیه به سیم های معمولی می کند. از آنها برای عبور الکترون در نانو حافظه های الکترونیکی استفاده می شود، اما فقط می توان از سطوح انرژی خاصی استفاده کرد، زیرا باند های آنها نیز گسسته هستند. یکی از مزایای اصلی سیم های کوانتومی نسبت تصویر بالای آنهاست، که در آن طول سیم می‌تواند تا 1000 برابر بیشتر از عرض آنها باشد.در ساختار و ساختمان داخلی نانو حافظه های الکترونیکی کوانتومی الکترون ها می توانند تونل بزنند و حفره های نانو پتانسیل را به یکدیگر متصل کنند و یک اَبَر شبکه ایجاد کنند. این اَبَر شبکه ها حاوی نانو باند هایی هستند که طول حفره پتانسیل متصل را طی می کنند، به این معنی که الکترون ها می‌توانند به راحتی بین حفره حرکت کنند و اَبَر شبکه را قادر می سازد تا خواص حامل بار عالی و در برخی موارد اَبَر رسانایی را از خود نشان دهد. و بدین صورت نانو حافظه کوانتومی تولید میشود.
نتیجه گیری:
جذابیت نانو تکنولوژی از پدیده های کوانتومی و سطحی منحصر به فَرد ناشی می شود که ماده در مقیاس نانو از خود نشان می دهد و کاربرد های جدید و مواد جالبی را ممکن می سازد. هدف نانو تکنولوژی تکاملی، بهبود فرآیند ها، مواد و کاربرد های موجود با کوچک شدن در قلمرو نانو و در نهایت بهره برداری کامل از پدیده های کوانتومی و سطحی منحصر به فَردی است که ماده در مقیاس نانو نشان می دهد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک