Fractals nos Nano-Dispositivos

Professor Richard Taylor, Departamento de Física, Universidade de Oregon
Autor Correspondente: rpt@oregon.edu

Os nano-dispositivos Futuros são esperados sustentar muitas das tecnologias que a sociedade confia sobre, variando da eletrônica do agregado familiar aos implantes médicos. Um dos grandes desafios de trazer este futuro prometedor na realidade encontra-se em desenvolver métodos práticos para construir estas estruturas altamente intrincadas: Como nós montaremos os circuitos eletrônicos que caracterizam muito mais componentes do que circuitos comerciais de hoje e onde aproximações de cada componente a escala atômica?

O Fractal é uma forma geométrica áspera ou fragmentada que possa ser subdividida nas peças, cada qual é (pelo menos aproximadamente) uma cópia do reduzir-tamanho do todo.

o “Auto-Conjunto” mantem a grande promessa como uma técnica para construir nano-circuitos comerciais. Adotando esta aproximação, o nano-coordenador permite que o circuito construa-se explorando processos do crescimento natural. o Auto-Conjunto oferece duas vantagens impressionantes. É não somente mais eficiente em grandes números de montagem de componentes comparados às técnicas tradicionais da fabricação, circuitos fundamental “verdes” das construções desta técnica pela adição de material um pouco do que a remoção desperdiçadoa do material que se encontra no centro das técnicas “invertidos” precedentes da fabricação.

Uma das conseqüências notáveis de aproveitar processos do crescimento natural é que os circuitos resultantes exibem testes padrões naturais um pouco do que as linhas lisas, rectas que formam a estrutura de projectos de circuito comerciais de hoje. Em particular, muitos processos do auto-conjunto geram testes padrões do fractal. Os Fractals são as formas que repetem em muitas ampliações e são predominantes durante todo a natureza, aparecendo em ambientes naturais1, em sistemas biológicos e na fisiologia humana2.

Os Computadores modelados na geometria do fractal do cérebro podiam possuir a grande conectividade do circuito e a potência informática associada

A Natureza usa fractals freqüentemente porque possuem um número de propriedades altamente desejáveis. Cobrir esta lista é o facto de que as formas de repetição constroem objetos com áreas de superfície enormes. A Natureza explora esta propriedade por exemplo nas árvores, onde a grande área de superfície do dossel de árvore assegura uma capacidade inaudita para absorver a luz solar. A mesma aproximação podia ingualmente ser empregada ao grande efeito projetando as estruturas de célula solar novas baseadas em formas do fractal.

As Células solares modeladas na geometria do fractal de uma árvore poderiam capturar vastas quantidades de luz solar

Uma Outra conseqüência de grandes áreas de superfície é aquela que dois testes padrões de fusão conectam junto muito eficientemente. Por exemplo, a estrutura dendrítico dos neurônios no cérebro humano explora esta conectividade do fractal para produzir o processamento de informação aumentado. A mesma conectividade podia ingualmente ser explorada para os computadores comerciais futuros usando circuitos elétricos do fractal artificial.

Simulação dos circuitos eletrônicos auto-montados do fractal

Esta filosofia da aprendizagem dos sucessos da natureza pode bem revolucionar muitos campos dentro da nanotecnologia. Embora algumas aplicações da eletrônica já explorem a geometria do fractal (antenas do telemóvel que são um exemplo famoso), muitos campos encontram-se no início desta viagem emocionante, com muitos descobertas e desafios que encontram-se adiante.

As investigações do Prof. Taylor focalizam em duas famílias do dispositivo electrónico em que milhões de nano-partículas metálicas (cada um aproximadamente 50 nanômetros transversalmente) auto-são montados em circuitos do fractal. Na primeira família do dispositivo, as partículas fundem junto para formar os “nanoflowers”3 que usam um processo do crescimento chamado agregação difusão-limitada. Na segunda família, as nano-partículas são anexadas às costas do ADN4 que montam para formar um circuito do fractal. Em ambos os casos, o processo do auto-conjunto gera a árvore-como o teste padrão similar a um mostrado na ilustração.

Estes projectos são conduzidos pelo potencial ajustar as condições do crescimento de modo que as características do fractal dos circuitos combinem aquelas encontradas por exemplo na estrutura neural do cérebro humano. Imagine um futuro onde os computadores se operem como nossas próprias mentes e, finalmente, onde os circuitos do fractal podem actuar como os implantes a ser introduzidos nas regiões específicas do cérebro, restaurando ou aumentando a funcionalidade mental de um paciente. Tais objetivos representam a promessa excepcional da nanotecnologia - onde os pesquisadores de uma escala diversa das disciplinas trabalham junto para melhorar a qualidade básica da vida humana.


Referências

1. B.B. Mandelbrot, A Geometria do Fractal de Natureza, Freeman, San Francisco (1982).
2. J.B. Bassingthwaite e outros, Fisiologia do Fractal, Imprensa da Universidade de Oxford (1994).
3. S.A. Scott e S.A. Brown, Jornal da Física Européia 39 433 (2006).
4. M.G. Warner, e J.E. Hutchison, Materiais 2 da Natureza, 272 (2003).

Copyright AZoNano.com, Professor Richard Taylor (Universidade de Oregon)

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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