Fractals in nano-Apparaten

Professor Richard Taylor, Afdeling van Fysica, Universiteit van Oregon
Overeenkomstige auteur: rpt@oregon.edu

De Toekomstige nano-apparaten zouden moeten veel van de technologieën ondersteunen de maatschappij zich waarop baseert, zich uitstrekt van huishoudenelektronika aan medische implants. Één van de grote uitdagingen van het brengen van deze veelbelovende toekomst in werkelijkheid ligt in het ontwikkelen van praktische methodes om deze hoogst ingewikkelde structuren te construeren: Hoe wij elektronische kringen zullen assembleren die veel meer componenten dan de commerciële kringen kenmerken van vandaag en waar elke component de atoomschaal nadert?

Fractal is een ruwe of versplinterde geometrische vorm die voor een deel kan worden onderverdeeld, elk waarvan (minstens ongeveer) een ver*minderen-grootteexemplaar van het geheel is.

De „zelf-Assemblage“ houdt grote belofte als techniek om commerciële nano-kringen in te bouwen. Volgend deze aanpak, staat de nano-ingenieur de kring toe om te bouwen door natuurlijke de groeiprocessen te exploiteren. De zelf-Assemblage biedt twee opvallende voordelen aan. Niet alleen is het efficiënter bij het assembleren van enorme aantallen componenten in vergelijking met traditionele vervaardigingstechnieken kringen, van deze de fundamenteel „groene“ techniekconcepten door de toevoeging van materiaal eerder dan de verkwistende verwijdering van materiaal die centraal bij vorige „top-down“ vervaardigingstechnieken ligt.

Één van de opmerkelijke gevolgen van het uitrusten van natuurlijke de groeiprocessen is dat de resulterende kringen natuurlijke patronen eerder dan vlot tentoonstellen, rechte lijnen die het kader van de commerciële kringsontwerpen van vandaag vormen. In het bijzonder, produceren vele zelf-assemblageprocessen fractal patronen. Fractals zijn vormen die bij vele vergrotingen herhalen en overwegend door aard zijn, die in natuurlijke milieu's, 1biologische systemen en menselijke fysiologie verschijnen2.

De Computers op de fractal van de hersenen meetkunde worden gemodelleerd konden grote kringsconnectiviteit en de bijbehorende rekencapaciteit bezitten die

De Aard gebruikt vaak fractals omdat zij een aantal hoogst wenselijke eigenschappen bezitten. Het Bedekken van deze lijst is het feit dat de het herhalen vormen voorwerpen met reusachtige oppervlakten bouwen. De Aard exploiteert dit bezit bijvoorbeeld in bomen, waar de grote oppervlakte van de boomluifel een ongekende capaciteit verzekert om zonlicht te absorberen. De zelfde benadering kon eveneens worden aangewend van groot effect door nieuwe die zonnecelstructuren te ontwerpen op fractal vormen worden gebaseerd.

De Zonnecellen op fractal van een boom de meetkunde worden gemodelleerd konden enorme hoeveelheden zonlicht vangen dat

Een Ander gevolg van grote oppervlakten is dat twee samenvoegende patronen samen zeer efficiënt verbinden. Bijvoorbeeld, exploiteert de vertakte structuur van de neuronen in de menselijke hersenen deze fractal connectiviteit om verbeterde informatieverwerking te veroorzaken. De zelfde connectiviteit kon eveneens voor toekomstige commerciële computers worden geëxploiteerd door kunstmatige fractal elektrokringen te gebruiken.

Simulatie van de zelf-geassembleerde fractal elektronische kringen

Deze filosofie van het leren van de successen van de aard kan vele gebieden binnen nanotechnologie goed hervormen. Hoewel sommige elektronikatoepassingen fractal reeds meetkunde (de antennes die van de celtelefoon een beroemd voorbeeld zijn) exploiteren, liggen vele gebieden bij het begin van deze het opwekken reis, met vele ontdekkingen en uitdagingen die in het verschiet liggen.

De onderzoeken van Prof. Taylor concentreert zich op twee families van elektronisch apparaat waarin miljoenen metaal nano-deeltjes (elk ongeveer 50 nanometers overdwars) in fractal kringen worden zelf-geassembleerd. In de eerste familie van apparaat, voegen de deeltjes samen samen om „nanoflowers“ te vormen3 gebruikend een de groeiproces riepen verspreiding-beperkte samenvoeging. In de tweede familie, zijn de nano-deeltjes in bijlage aan de bundels van DNA4 die assembleren om een fractal kring te vormen. In beide gevallen, produceert het zelf-assemblageproces een boomachtig patroon gelijkend op één getoond in de illustratie.

Deze projecten worden door het potentieel gedreven om de de groeivoorwaarden te stemmen zodat de fractal kenmerken van de kringen die gevonden bijvoorbeeld in de neurale structuur van de menselijke hersenen aanpassen. Veronderstel een toekomst waar de computers als onze eigen meningen en, uiteindelijk werken, waar fractal de kringen kunnen handelen zoals implants dat in specifieke gebieden die van de hersenen, of moet worden opgenomen de geestelijke functionaliteit van een patiënt herstellen verbeteren. Dergelijke doelstellingen vertegenwoordigen de uitzonderlijke belofte van nanotechnologie - waar de onderzoekers van een diverse waaier van disciplines samenwerken om de basiskwaliteit van het menselijke leven te verbeteren.


Verwijzingen

1. B.B. Mandelbrot, de Fractal Meetkunde van Aard, Freeman, San Francisco (1982).
2. J.B. Bassingthwaite et al, Fractal Fysiologie, de Universitaire Pers van Oxford (1994).
3. S.A. Scott en Bruin S.A., Dagboek van Europese Fysica 39 433 (2006).
4. M.G. Warner, en J.E. Hutchison, Materialen 2, 272 van de Aard (2003).

Copyright AZoNano.com, Professor Richard Taylor (Universiteit van Oregon)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit