Fractals in den Nano--Einheiten

Professor Richard Taylor, Abteilung von Physik, Universität von Oregon
Entsprechender Autor: rpt@oregon.edu

Zukünftige Nano-einheiten werden erwartet, viele der Technologien zu untermauern, dass Gesellschaft ein baut und von der Haushaltselektronik bis zu medizinischen Implantaten reicht. Eine der großen Herausforderungen des Holens dieser viel versprechenden Zukunft in Wirklichkeit liegt, wenn es praktische Methoden für das Konstruieren dieser in hohem Grade verwickelten Zellen entwickelt: Wie bauen wir elektronische Schaltungen zusammen, die viele mehr Bauteile als heutige Handelsschaltungen und wo Anflüge jedes Bauteils die Atomschuppe kennzeichnen?

Fractal ist eine raue oder zersplitterte geometrische Form, die in den Teilen unterteilt werden kann, von denen jedes (mindestens ungefähr) ein Verringerngröße Exemplar des Ganzen ist.

„Selbstbau“ hält großes Versprechen als Technik für das Aufbauen von Handels-Nano-schaltungen an. Dieses Vorgehen Annehmend, lässt der Nano-ingenieur die Schaltung sich aufbauen, indem er natürliche Wachstumsprozesse ausnutzt. Selbstbau bietet zwei auffallende Vorteile an. Ist Nicht nur sie an zusammenbauenden hohen Anzahlen Bauteilen effizienter, die mit traditionellen Fälschungstechniken, Konstruktschaltungen dieser grundlegend „grüne“ Technik durch die Einführung des Materials eher als der kostspielige Ausbau des Materials verglichen werden, das im Herzen der vorhergehenden „top-down“ Fälschungstechniken liegt.

Eine der bemerkenswerten Konsequenzen der Nutzbarmachung von natürlichen Wachstumsprozessen ist, dass die resultierenden Schaltungen natürliche Muster eher als das glatt aufweisen, Geraden, die den Rahmen von heutigen Handelsschaltplänen bilden. Insbesondere erzeugen viele Selbstbauprozesse Fractalmuster. Fractals sind die Formen, die an vielen Vergrößerungen wiederholen und während der Natur überwiegend sind und erscheinen in den natürlichen Umgebungen1, in den biologischen Anlagen und in der Physiologie des Menschen2.

Die Computer, die auf der Fractalgeometrie des Gehirns geformt wurden, konnten große Schaltungsanschlussfähigkeit und die verbundene Rechenleistung besitzen

Natur verwendet Fractals häufig, weil sie einige sehr wünschenswerte Eigenschaften besitzen. Diese Liste Zu Übersteigen ist die Tatsache, dass die wiederholenden Formen Nachrichten mit enormen Flächen aufbauen. Natur nutzt dieses Eigentum zum Beispiel in den Bäumen aus, in denen die große Fläche des Baumkabinendaches eine beispiellose Fähigkeit sicherstellt, Sonnenlicht zu absorbieren. Der gleiche Anflug konnte gleichmäßig eingesetzt werden großem Effekt, indem man die neuen Solarzellenzellen konstruierte, die auf Fractalformen basieren.

Die Solarzellen, die auf Fractalgeometrie eines Baums geformt wurden, konnten beträchtliche Mengen Sonnenlicht erfassen

Eine Andere Konsequenz von großen Flächen ist die, die zwei mergende Muster zusammen sehr effizient anschließen. Zum Beispiel nutzt die Baumzelle der Neuronen im menschlichen Gehirn diese Fractalanschlussfähigkeit aus, um erhöhtes informationsverarbeitendes zu produzieren. Die gleiche Anschlussfähigkeit konnte für zukünftige kommerzielle Rechner gleichmäßig ausgenutzt werden, indem man elektrische Schaltungen des künstlichen Fractal verwendete.

Simulation der selbst-zusammengebauten Fractalelektronischen schaltungen

Diese Philosophie des Lernens von den Erfolgen der Natur revolutioniert möglicherweise gut viele Bereiche innerhalb der Nanotechnologie. Obgleich einige Elektronikanwendungen bereits Fractalgeometrie (die Handyantennen, die ein berühmtes Beispiel sind) ausnutzen, liegen viele Bereiche am Anfang dieser aufregenden Reise, wenn vielen Entdeckungen und Herausforderungen voran liegen.

Untersuchungen Profs Taylors konzentriert sich auf zwei Familien elektronisches Gerät, in denen Millionen der metallischen Nano-partikel (jeder ungefähr 50 nm herüber) in Fractalschaltungen selbst-zusammengebaut werden. In der ersten Familie der Einheit, mergen die Partikel zusammen, um „nanoflowers“ unter Verwendung3 eines Wachstumsprozesses zu bilden, der Diffusion-begrenzte Anhäufung genannt wird. In der zweiten Familie werden die Nano-partikel zu den DNA-Strängen befestigt, 4 die zusammenbauen, um eine Fractalschaltung zu bilden. In beiden Fällen erzeugt der Selbstbauprozeß ein Baum Ähnliches Muster, das bis eins ähnlich ist, das in der Abbildung gezeigt wird.

Diese Projekte werden durch das Potenzial, die Wachstumszustände zu justieren getrieben, damit die Fractaleigenschaften der Schaltungen die übereinstimmen, die zum Beispiel in der neuralen Zelle des menschlichen Gehirns gefunden werden. Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der Computer wie unser eigener Verstand und schließlich funktionieren wo Fractalschaltungen möglicherweise als die auftreten in die spezifischen Regionen des Gehirns eingeschoben zu werden Implantate, und die Geistesfunktionalität eines Patienten zurückstellen oder erhöhen. Solche Ziele stellen das außergewöhnliche Versprechen der Nanotechnologie dar - wo Forscher von einer verschiedenen Reichweite der Disziplinen zusammenarbeiten, um die grundlegende Qualität des Menschenlebens zu verbessern.


Bezüge

1. B.B. Mandelbrot, die Fractal-Geometrie von Nature, Freeman, San Francisco (1982).
2. J.B. Bassingthwaite et al., Fractal-Physiologie, Universität von Oxfords-Druckerei (1994).
3. S.A. Scott und S.A. Brown, Zapfen der Europäischen Physik 39 433 (2006).
4. M.G. Warner und J.E. Hutchison, Natur-Materialien 2, 272 (2003).

Copyright AZoNano.com, Professor Richard Taylor (Universität von Oregon)

Date Added: Oct 1, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

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