Frattali in Nano-Unità

Il Professor Richard Taylor, Dipartimento di Fisica, Università di Oregon
Autore Corrispondente: rpt@oregon.edu

Le nano-unità Future si pensano che sostengano molte delle tecnologie che la società conta sopra, variando dall'elettronica della famiglia agli innesti medici. Una di grandi sfide di introdurre questo futuro di promessa nella realtà si trova nel mettere a punto i metodi pratici per la costruzione delle queste strutture altamente complesse: Come monteremo i circuiti elettronici che caratterizzano molte altre componenti che gli odierni circuiti commerciali e dove approcci di ogni componente il disgaggio atomico?

Il Frattale è una forma geometrica approssimativa o spezzettata che può essere suddivisa in parti, di cui ciascuno è (almeno approssimativamente) una copia di diminuire-dimensione del tutto.

promessa delle tenute “dell'Auto-Assembly„ grande come tecnica per lo sviluppo dei nano-circuiti commerciali. Adottando questo approccio, l'nano-ingegnere permette che il circuito si costruisca sfruttando i processi di crescita naturale. l'Auto-Assembly offre due vantaggi notevoli. Non solo è più efficiente a montare il un gran numero di componenti confrontate alle tecniche tradizionali di montaggio, circuiti fondamentalmente “verdi„ delle costruzioni di questa tecnica tramite l'aggiunta di materiale piuttosto che la rimozione dispendiosa di materiale che si trova al centro delle tecniche “dall'alto in basso„ precedenti di montaggio.

Una delle conseguenze notevoli di sfruttamento dei processi di crescita naturale è che i circuiti risultanti esibiscono i reticoli naturali piuttosto che le linee rette regolari e che formano la struttura di odierne progettazioni di circuito commerciali. In particolare, molti trattamenti dell'auto-assembly generano i reticoli di frattale. I Frattali sono forme che si ripetono a molti ingrandimenti e sono prevalenti in tutto la natura, comparenti in ambienti naturali1, sistemi biologici e fisiologia umana2.

I Computer modellistici sulla geometria frattale del cervello hanno potuto avere la grande connettività del circuito e la potenza di calcolo associata

La Natura usa frequentemente i frattali perché possiedono una serie di beni altamente desiderabili. La Guarnizione della questa lista è il fatto che le forme di ripetizione sviluppano gli oggetti con le aree enormi. La Natura sfrutta questi beni per esempio in alberi, in cui la grande area della tettoia assicura una capacità senza precedenti di assorbire la luce solare. Lo stesso approccio ha potuto essere impiegato ugualmente a grande effetto progettando le strutture della cellula solari novelle basate sulle forme di frattale.

Le pile Solari modellistiche sulla geometria frattale di un albero potrebbero catturare i grandi importi di luce solare

Un'Altra conseguenza di grandi aree è quella che due reticoli di fusione connettono insieme molto efficientemente. Per esempio, la struttura dentritica dei neuroni nel cervello umano sfrutta questa connettività di frattale per produrre l'elaborazione delle informazioni migliorata. La stessa connettività ha potuto essere sfruttata ugualmente per i computer commerciali futuri usando i circuiti elettrici di frattale artificiale.

Simulazione dei circuiti elettronici auto-montati di frattale

Questa filosofia dell'apprendimento dai successi della natura può rivoluzionare bene molti campi all'interno di nanotecnologia. Sebbene alcune applicazioni di elettronica già sfruttino la geometria frattale (antenne del telefono cellulare che sono un esempio famoso), molti campi si trovano all'inizio di questo viaggio emozionante, con molte scoperte e sfide che si trovano avanti.

Le indagini di Prof. Taylor mette a fuoco su due famiglie dell'apparecchio elettronico in cui milioni di nano-particelle metalliche (ciascuna circa 50 nanometri attraverso) auto-sono montati nei circuiti di frattale. Nella prima famiglia dell'unità, le particelle si fondono insieme per formare “i nanoflowers„3 facendo uso di un processo di crescita chiamato l'aggregazione diffusione-limitata. Nella seconda famiglia, le nano-particelle sono fissate ai fili del DNA4 che montano per formare un circuito di frattale. In entrambi i casi, il trattamento dell'auto-assembly genera un reticolo del tipo di albero simile ad uno indicato nell'illustrazione.

Questi progetti sono determinati dal potenziale di sintonizzare gli stati della crescita in modo che le caratteristiche di frattale dei circuiti abbinino quelle trovate per esempio nella struttura neurale del cervello umano. Immagini un futuro dove i computer funzionano come le nostre proprie menti e, infine, dove i circuiti di frattale possono fungere da innesti da inserire nelle regioni specifiche del cervello, ripristinanti o miglioranti la funzionalità mentale di un paziente. Tali scopi rappresentano la promessa eccezionale di nanotecnologia - dove i ricercatori da una diversa gamma di discipline lavorano insieme per migliorare la qualità di vita umana di base.


Riferimenti

1. B.B. Mandelbrot, La Geometria Frattale di Nature, Freeman, San Francisco (1982).
2. J.B. Bassingthwaite ed altri, Fisiologia di Frattale, Stampa dell'Università di Oxford (1994).
3. S.A. Scott e S.A. Brown, Giornale di Fisica Europea 39 433 (2006).
4. M.G. Warner e J.E. Hutchison, Materiali 2, 272 della Natura (2003).

Copyright AZoNano.com, il Professor Richard Taylor (Università di Oregon)

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

Last Update: 13. June 2013 23:17

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