在纳诺设备的分数维

理查泰勒物理系教授俄勒冈的大学
对应的作者: rpt@oregon.edu

将来的纳诺设备预计加固许多技术社团取决于,范围从家庭电子到医疗植入管。 其中一个带领此有为的远期的巨大挑战进入事实在开发在修建的这些高度复杂结构实用的方法: 我们如何将装配在哪里比今天商业电路以许多要素为特色和每个要素途径这个基本缩放比例的电子线路?

分数维是可以细分部分,其中每一是的概略或分割的几何形状 (至少近似) 整体的减少大小复制。

‘自集合’拥有巨大承诺作为建立商业纳诺电路的一个技术。 采用此途径,这位纳诺工程师允许电路通过利用人口自然增长进程发展自己。 自集合提供二个醒目的好处。 不仅是它高效在装配要素的巨大数目与传统制造技术,此基本上 ‘由材料的添加的绿色’技术构建电路比较而不是在早先 ‘自顶向下’制造技术中心位于材料的浪费的删除。

其中一种利用人口自然增长进程的卓越的结果是发生的电路陈列自然模式而不是形成今天商业电路设计结构的平稳,直线。 特别是,许多自集合进程生成分数维模式。 分数维是重复在许多放大并且是流行在本质中的形状,出现在自然环境1、生物系统和人力生理方面2

在脑子的分数维几何塑造的计算机能拥有大电路连通性和关联计算能力

因为他们拥有一定数量高度需要的属性,本质频繁地使用分数维。 列此列表之首是这个情况重复的形状建立与巨大的表面的对象。 本质利用此属性例如在结构树,树木天棚大表面保证一个史无前例的能力吸收阳光。 同一个途径能通过设计在分数维形状基础上的新颖的太阳能电池结构相等地使用与了不起的作用。

在结构树的分数维几何塑造的太阳能电池能获取巨大数额阳光

大表面的另一种结果是二个合并的模式非常高效地一起连接的那。 例如,神经元的树状结构在人脑的利用此分数维连通性生产改进的信息处理。 通过使用人为分数维电路,同样连通性能为将来的商业计算机相等地被利用。

自被汇编的分数维电子线路的模拟

此哲学了解从本质的成功说不定改革在纳米技术内的许多域。 虽然一些电子应用已经利用分数维几何 (是移动电话的天线一个著名示例),许多域在此扣人心弦的旅途的开始位于,当在前面许多的发现和挑战。

泰勒教授的调查着重百万金属纳诺微粒电子设备的二个系列 (中的每一个大约 50 毫微米) 自被汇编到分数维电路。 在设备第一个系列,微粒一起合并形成 ‘nanoflowers’3 使用增长进程称扩散有限汇总。 在第二个系列,纳诺微粒附有聚集4 形成分数维电路的脱氧核糖核酸子线。 在两种情况下,自集合进程生成一个树型模式类似于在例证显示的一个。

潜在驱动这些项目调整增长条件,以便电路的分数维特性符合例如在人脑的神经结构找到的那些。 想象计算机运行象我们自己的头脑和,根本地的一个远期,其中分数维电路可能作为将被插入的植入管到,恢复或提高患者的精神功能的脑子的特定区域。 这样目标表示纳米技术例外承诺 - 从各种各样的学科的研究员共同努力改进人生的基本的质量的地方。


参考

1. B.B. Mandelbrot, Nature,弗里曼,旧金山分数维几何 (1982)。
2. J.B. Bassingthwaite 等,分数维生理,牛津大学出版社 (1994)。
3. S.A. 斯科特和 S.A. 布朗,欧洲物理日记帐 39 433 (2006)。
4. M.G. 华纳和 J.E. 哈奇森,本质材料 2, 272 (2003)。

版权 AZoNano.com,理查泰勒 (俄勒冈的大学教授)

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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