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在納諾設備的分數維

理查泰勒物理系教授俄勒岡的大學
對應的作者: rpt@oregon.edu

將來的納諾設備預計加固許多技術社團取決於,範圍從家庭電子到醫療植入管。 其中一個帶領此有為的遠期的巨大挑戰進入事實在開發在修建的這些高度複雜結構實用的方法: 我們如何將裝配在哪裡比今天商業電路以許多要素為特色和每個要素途徑這個基本縮放比例的電子線路?

分數維是可以細分部分,其中每一是的概略或分割的幾何形狀 (至少近似) 整體的減少大小複製。

『自集合』擁有巨大承諾作為建立商業納諾電路的一個技術。 採用此途徑,這位納諾工程師允許電路通過利用人口自然增長進程發展自己。 自集合提供二個醒目的好處。 不僅是它高效在裝配要素的巨大數目與傳統製造技術,此基本上 『由材料的添加的綠色』技術構建電路比較而不是在早先 『自頂向下』製造技術中心位於材料的浪費的刪除。

其中一種利用人口自然增長進程的卓越的結果是發生的電路陳列自然模式而不是形成今天商業電路設計結構的平穩,直線。 特別是,許多自集合進程生成分數維模式。 分數維是重複在許多放大并且是流行在本質中的形狀,出現在自然環境1、生物系統和人力生理方面2

在腦子的分數維幾何塑造的計算機能擁有大電路連通性和關聯計算能力

因為他們擁有一定數量高度需要的屬性,本質頻繁地使用分數維。 列此列表之首是這個情況重複的形狀建立與巨大的表面的對象。 本質利用此屬性例如在結構樹,樹木天棚大表面保證一個史無前例的能力吸收陽光。 同一個途徑能通過設計在分數維形狀基礎上的新穎的太陽能電池結構相等地使用與了不起的作用。

在結構樹的分數維幾何塑造的太陽能電池能獲取巨大數額陽光

大表面的另一種結果是二個合併的模式非常高效地一起連接的那。 例如,神經元的樹狀結構在人腦的利用此分數維連通性生產改進的信息處理。 通過使用人為分數維電路,同樣連通性能為將來的商業計算機相等地被利用。

自被彙編的分數維電子線路的模擬

此哲學瞭解從本質的成功說不定改革在納米技術內的許多域。 雖然一些電子應用已經利用分數維幾何 (是移動電話的天線一個著名示例),許多域在此扣人心弦的旅途的開始位於,当在前面許多的發現和挑戰。

泰勒教授的調查著重百萬金屬納諾微粒電子設備的二個系列 (中的每一個大約 50 毫微米) 自被彙編到分數維電路。 在設備第一個系列,微粒一起合併形成 『nanoflowers』3 使用增長進程稱擴散有限彙總。 在第二個系列,納諾微粒附有聚集4 形成分數維電路的脫氧核糖核酸子線。 在兩種情況下,自集合進程生成一個樹型模式類似於在例證顯示的一个。

潛在驅動這些項目調整增長條件,以便電路的分數維特性符合例如在人腦的神經結構找到的那些。 想像計算機運行像我們自己的頭腦和,根本地的一個遠期,其中分數維電路可能作為將被插入的植入管到,恢復或提高患者的精神功能的腦子的特定區域。 這樣目標表示納米技術例外承諾 - 從各種各樣的學科的研究員共同努力改進人生的基本的質量的地方。


參考

1. B.B. Mandelbrot, Nature,弗裡曼,舊金山分數維幾何 (1982)。
2. J.B. Bassingthwaite 等,分數維生理,牛津大學出版社 (1994)。
3. S.A. 斯科特和 S.A. 布朗,歐洲物理日記帳 39 433 (2006)。
4. M.G. 華納和 J.E. 哈奇森,本質材料 2, 272 (2003)。

版權 AZoNano.com,理查泰勒 (俄勒岡的大學教授)

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