Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №728

Впрочем, многие специалисты относятся к этим оценкам скептически. Всевозможных спекуляций по поводу внеземных цивилизаций и так слишком много. Еще древнегреческий философ Фалес Милетский предполагал, что во вселенной много других планет, а современника Галилея астронома Джордано Бруно церковь сожгла именно за книгу, в которой утверждалось, что в бесконечной вселенной каждая звезда имеет планетную систему, населенную разумными существами. Но поскольку сегодня аутодафе астрофизикам не грозит, они уже приступили к наблюдениям за Альфой Центавра с помощью полутораметрового телескопа межамериканской обсерватории Cerro Tololo в Чили. ГА

Ученые в Корнелльском университете изготовили микромеханический резонатор на рекордно высокую частоту 4,5 ГГц. Новый резонатор может быть встроен в любой кремниевый чип и поможет удешевить многие электронные устройства за счет исключения внешних цепей задающего генератора.

Для многих электронных устройств очень важна высокая точность и стабильность рабочей частоты. Обычно для получения опорной частоты используют чип с резонатором, который представляет собой маленькую пластинку из кварца или другого пьезоэлектрического материала, помещенную между обкладками конденсатора. Геометрия пластинки определяет частоту ее механических колебаний, а связь с остальной электронной схемой возникает благодаря образованию зарядов на обкладках при деформациях пьезоэлектрика. Стабильность частоты и добротность таких резонаторов хоть и снижается на высоких частотах, все же на несколько порядков выше, чем у других электронных колебательных контуров.

Новый резонатор представляет собой кремниевый брусок 8,5х40х2,5 мкм, разбитый на части парой диэлектрических слоев из нитрида кремния толщиной всего 15 нм. Механические колебания в нем возбуждаются за счет электростатических сил, вызванных переменным напряжением на электродах. Колебания порождают в бруске стоячие ультразвуковые волны, похожие на звуковые колебания во флейте или органной трубе. Такие высокие частоты ученым удалось получить благодаря использованию твердого диэлектрика вместо обычного воздушного зазора, а снижения неизбежно возникающих при этом потерь удалось добиться за счет оптимального расположения слоев диэлектрика. Кроме того, в качестве резонансной используется девятая гармоника продольных колебаний бруска.

Добротность нового резонатора, характеризующая величину потерь и остроту резонансного пика, достигает десяти тысяч, что на этих частотах сравнимо с добротностью лучших кварцевых резонаторов. Корнелльцы считают, что частоту их резонаторов можно увеличить до десяти гигагерц, лишь слегка модернизировав существующую технологию изготовления. ГА

Специалисты корпорации IBM еще на шаг приблизились к созданию микрочипов, в которых традиционные медные проводники уступят место оптическим линиям связи. Ученые создали нанофотонный переключатель, способный обрабатывать до одного терабита данных в секунду.

IBM, как и вся отрасль, пытается найти способы увеличения количества ядер на кристалле. Современные технологии внутричиповых соединений висят веригами на ногах разработчиков. Дело в том, что при увеличении числа ядер резко возрастает тепловыделение, что приводит к перегреву чипа, да и обычные электрические проводники перестают справляться с возрастающей нагрузкой. Когда речь идет о двух-четырех ядрах, недостатки еще не столь заметны, но с переходом на процессоры с десятками ядер медные проводники станут "бутылочным горлышком", не позволяющим задействовать все возможности чипов.

Решение проблемы ученые видят в использовании оптических систем передачи данных. В упрощенном виде такая система будет состоять из модулятора, отвечающего за преобразование электрических импульсов в световые, линий связи и декодирующего устройства, необходимого для формирования электрических сигналов на основе световых импульсов. Все три компонента, в принципе, уже существуют.

Однако в многоядерной системе с оптическими внутричиповыми соединениями необходим и еще один компонент - крошечный "коммутатор", который будет регулировать движение потоков данных между ядрами. Именно такой переключатель и создан в IBM. В статье, опубликованной в журнале Nature Photonics, подчеркивается, что нанофотонный переключатель соответствует ряду критических требований. Во-первых, он компактен - на два порядка меньше сечения волоса, а во-вторых, способен обрабатывать данные со скоростью до 40 Гбит/с. При использовании же световых волн с различными длинами этот показатель и вовсе может достичь 1 Тбит/с! И наконец, в-третьих, нанофотонный коммутатор доказал свою работоспособность в реальных условиях.

По сравнению с медными оптические внутричиповые линии связи теоретически позволят добиться стократного увеличения пропускной способности при десятикратном снижении потребляемой энергии. И хотя все ключевые элементы таких систем, в общем-то, уже разработаны, увидеть массовые процессоры с оптическими коммутирующими линиями можно будет в лучшем случае в следующем десятилетии. ВГ

Удивительные результаты получили ученые из Национального института стандартов (США) и Мэрилендского университета, исследовавшие механические свойства наночастиц с помощью атомно-силового микроскопа и компьютерного моделирования. Оказывается, на наномасштабах даже хрупкие материалы вроде кварца могут стать пластичными, как золото.

На привычных масштабах предел разрушения материала зависит от его способности сохранять свою форму под нагрузкой. Атомы пластичных веществ перемещаются на большие расстояния, сохраняя связи между собой, тогда как в хрупких материалах быстро возникают дефекты, из которых под нагрузкой развиваются трещины.

На наномасштабах структурные дефекты отсутствуют, и все материалы практически "идеальны", что существенно повышает их прочность. Кроме того, из-за малых размеров нанообъектов большинство их атомов находится на поверхности, где они слабее связаны с остальными атомами и поэтому более подвижны. Это превращает даже хрупкие материалы в пластичные, и их новые свойства начинают явно противоречить здравому смыслу. Исследователи считают, что термины "хрупкий" или "пластичный" на наномасштабах уже неприменимы.

С помощью атомно-силового микроскопа ученые наблюдали, как идет процесс разрушения в микромире. Они с удивлением обнаружили, что наночастицы хрупкого кварца растягиваются почти так же сильно, как серебряные или золотые, и продолжают деформироваться даже тогда, когда давно должны были бы сломаться.

Однако компьютерные расчеты, в основу которых был положен метод молекулярной динамики, подтвердили эти наблюдения. Подвижность атомов на поверхности наночастиц увеличивает их пластичность независимо от того, кристаллическим или аморфным является материал. Причем чем меньше наночастицы, тем больше увеличивается их податливость и прочность на разрыв, а у кристаллов это увеличение выражено еще сильнее.

Пока ученые только в самом начале пути, и новую теорию и базу данных по механическим свойствам различных наночастиц еще предстоит создать. Эти сведения окажут неоценимую помощь проектировщикам электронных и микромеханических наноустройств будущего. ГА

Ученым из Колумбийского университета и Калифорнийского технологического института впервые удалось надежно измерить электропроводность молекулы ДНК. Эксперименты объяснили многолетние неудачи коллег и выявили серьезные проблемы, с которыми могут столкнуться конструкторы молекулярных вычислительных устройств, основанных на ДНК.

С тех пор как более полувека назад удалось определить структуру и функции двойной спирали ДНК, много усилий было затрачено на изучение электронных свойств этой жизненно важной кислоты. Но все попытки как-то измерить хотя бы электрическую проводимость гигантской молекулы до сих пор давали только противоречивые, плохо согласующиеся результаты. Молекула вела себя то как хорошо проводящий металл, то как изолятор, а порой и как полупроводник. При низких температурах ДНК иногда демонстрировала даже сверхпроводящие свойства.

С одной стороны, способность молекул ДНК быть и проводником, и изолятором давала надежду, что на их основе можно будет создавать мощные и миниатюрные молекулярные компьютеры, которые, не исключено, смогут самостоятельно собираться и хотя бы частично воспроизводиться. Но результаты экспериментов долго не находили объяснений.

В новых опытах для измерения электропроводности ДНК ученые использовали хорошо проводящую углеродную нанотрубку с толщиной стенок в один атом и диаметром, сопоставимым с диаметром самой спирали ДНК. Нанотрубку присоединили к электродам и из ее середины с помощью плазмо-ионного травления удалили кусок длиной 6 нм. Во время этой процедуры концы нанотрубки окислились, что позволило прочно соединить их со вставленной в зазор молекулой ДНК. После этого электропроводность ДНК померили, подав 50 мВ на электроды и измеряя текущий по цепи ток. Измерения можно было производить при нормальных условиях, в подходящих растворах и используя энзимы для контроля над ДНК.