Nano 装置のフラクタル

リチャードテイラー物理学オレゴンの大学の部門教授
対応する著者: rpt@oregon.edu

未来の nano 装置は技術の多数を支えると期待され、社会が頼ること世帯の電子工学から医学のインプラントまで及びます。 現実にこの有望な未来を持って来ることの大きい挑戦の 1 つはこれらの非常に複雑な構造を組み立てるための実用的な方法の開発にあります: 私達はどのように今日の商業回路よりもっとたくさんのコンポーネントをおよびどこで各コンポーネントのアプローチ原子スケール特色にする電子回路をアセンブルしますか。

フラクタルはそれぞれが (少なくともおよそ) 全体の減らサイズのコピーの一部には細分することができる荒いですかフラグメント化された幾何学的な形です。

「自己アセンブリ」は商業 nano 回路を構築するための技術として大きい約束を保持します。 このアプローチを採用して、 nano エンジニアは回路が自然増加プロセスの開発によってそれ自身を構築するようにします。 自己アセンブリは 2 つの顕著な利点があります。 しかそれは従来の製造の技術、この前の 「トップダウンの」製造の技術の中心にある材料の無駄な取り外しよりもむしろ材料の付加による基本的に 「緑の」技術の構造物回路と比較されるコンポーネントの膨大な数のアセンブルでより効率的ではないです。

自然増加プロセスの利用の驚くべき結果の 1 つは生じる回路が今日の商業回路設計のフレームワークを形作るスムーズな、直線よりもむしろ自然なパターンを表わすことです。 特に、多くの自己アセンブリプロセスはフラクタルパターンを生成します。 フラクタルは多くの拡大で繰り返し、性質全体流行する自然環境、生物系および人間1生理学で現われる形です2

頭脳のフラクタルの幾何学で模倣されたコンピュータは大きい回路の接続および準のコンピューティング電力を所有できます

性質はいくつかの非常に望ましい特性を所有しているのでフラクタルを頻繁に使用します。 このリストを越えることは繰り返す形が巨大な表面積の目的を構築するという事実です。 性質は木おおいの大きい表面積が日光を吸収する前例のない機能を保障する木のこの特性を例えば開発します。 同じアプローチはフラクタルの形に基づいて新しい太陽電池の構造の設計によってすばらしい効果と均等に用いることができます。

木のフラクタルの幾何学で模倣された太陽電池は日光の巨額の金を捕獲できます

大きい表面積のもう一つの結果は 2 つのマージパターンが非常に効率的に一緒に接続するそれです。 例えば、人間の脳のニューロンの樹木状の構造は高められた情報処理を作り出すのにこのフラクタルの接続を開発します。 同じ接続は未来の民生用コンピュータのために人工的なフラクタルの電気回路の使用によって均等に開発できます。

自己組み立てられたフラクタルの電子回路のシミュレーション

性質の成功からの学習のこの哲学はナノテクノロジー内の多くのフィールドを革命化するかもしれません。 ある電子工学アプリケーションが既にフラクタルの幾何学 (有名な例である携帯電話のアンテナ) を開発するが、多くのフィールドは前方にあっていて多くの発見および挑戦がこのエキサイティングな旅行のはじめに、あります。

テイラー教授の調査は何百万の金属 nano 粒子が (それぞれおよそ 50 ナノメーター) フラクタル回路に自己組み立てられる電子デバイスの 2 つの系列に焦点を合わせます。 装置の最初の系列では拡散限られた集合と呼出される成長プロセスを使用して 「nanoflowers」を3 形作るために、粒子は一緒にマージします。 第 2 グループでは、 nano 粒子はフラクタル回路を形作るために4 アセンブルする DNA の繊維に接続します。 いずれの場合も、自己アセンブリプロセスは実例で示されている 1 つに類似した木のようなパターンを生成します。

これらのプロジェクトは成長の状態を調整する潜在性によって回路のフラクタルの特性が人間の脳の神経構造で例えば見つけられるそれらに一致させるように運転されます。 フラクタル回路が患者の精神機能性を復元するか、または高める頭脳の特定の領域に挿入されるべきインプラントとして機能するかもしれないところで、コンピュータが私達の自身の心のように、最終的に動作する未来を想像すれば。 そのような目的は - 人命の基本的な品質を改善するために訓練の多様な範囲からの研究者が協力するかところでナノテクノロジーの例外的な約束を表します。


参照

1. B.B. Mandelbrot の Nature、フリーマン、サンフランシスコ (1982 年) のフラクタルの幾何学。
2. 等 J.B. Bassingthwaite、フラクタル生理学、オックスフォード大学の出版物 (1994 年)。
3. S.A. スコットおよび S.A. ブラウンのヨーロッパの物理学のジャーナル 39 433 (2006 年)。
4. M.G. ワーナー、および J.E. Hutchison の性質材料 2、 272 (2003 年)。

、版権 AZoNano.com リチャードテイラー (オレゴンの大学) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 23:20

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