中国科学院国家科学图书馆

科学研究动态监测快报2008年7月1日第13期(总第59期)先进制造与新材料科技专辑中国科学院先进制造与新材料创新基地中国科学院规划战略局中国科学院国家科学图书馆武汉分馆中国科学院国家科学图书馆武汉分馆武汉市武昌区小洪山西25号邮编:430071电话:027-87199180电子邮件:jiance@mail.
whlib.
ac.
cn先进制造与新材料科技专辑2008年第13期(总59期)目录专题基于纳米材料的数据存储技术新进展1研究进展美国物理学家研制出首个激子集成电路8研究人员解开钻石光滑之谜.
9超导表面电子控制取得突破.
10短讯制作纳米线电路的新技术.
11NIST开发出磁性材料3D纳米结构制备新工艺11高效回收利用CCl4的新方法11超低成本塑料数据存储材料问世12高效储氢技术初露曙光.
12出版日期:2008年7月1日1专题基于纳米材料的数据存储技术新进展编者按:随着便携式消费电子产品的迅速发展,对于新型数据存储器件提出了越来越高的性能要求.
当前,主要有三种商用存储技术:动态随机存取存储器、静态随机存取存储器和闪存.
一般消费产品多综合采用这三种技术,对于器件制造商来说,正遭遇一个两难的境地:没有一种单一的技术能以足够低的造价使得产品在速度、可靠性和耐用性方面让制造商和消费者都皆大欢喜.
计算处理及其他电子器件升级换代的最重要的驱动力之一就来自存储技术的改进.
然而存储正面临着许多挑战,目前各种存储技术均有其优点与不足,正是这些不足推动了人们对新型存储技术的探究.
本期专题初步探讨了一种基于碳纳米管的新型存储技术和IBM公司开发的赛道内存技术.
目前主要有三种商用存储技术:动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory,DRAM)、静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory,SRAM)以及无需电源驱动的闪存.
一般消费产品多综合采用这三种技术,因为它们各有优势:DRAM便宜、SRAM速度快、两者性能好但不稳定,例如当断电时数据丢失,而闪存作为另一种固态非易失性存储器,具有非易失性,尽管没有应用到计算机主存储器,但在固态硬盘、数码相机和手机上仍有广泛应用.
虽然它有非易失性的优点,但写入速度缓慢,并且只能承受有限的读/写周期.
计算机也利用硬盘驱动器(harddiskdrives,HDDs)进行数据存储.
HDDs是廉价的非易失性存储器,在断电时数据依然存在,但在性能、速度和可靠性方面受到限制.
HDDs慢的存取时间导致计算机等待,这种问题是由于HDDs仅仅由单个磁层组成于玻璃盘上,读/写装置尽可能靠近玻璃盘表面.
在半导体产业中,小型化的趋势正在逐步弱化对数据存储及计算机内存现有技术的压力,这些技术将很快就达到基础物理极限.
与此同时,移动设备的快速增长需要开发新型存储技术,从而能够降低对能源的需求.
这些趋势加速了全球存储产品的开发,这些产品将现有存储技术的优点整合入单一的封装中,消除了不断增长的技术挑战.
新型的全球的存储芯片应该是便宜的、压缩的、耗电量低并且能够在几纳秒内实现开关.
目前,产业界正在广泛研究的有应用前景的存储技术有:磁性随机存储器(magnetoresistiveRAM,MRAM)、铁电随机存储器(ferroelectricRAM,FRAM)、相变存储器(phase-changememory,PRAM)以及大量其他技术,有望在非易失性方面与闪存、速度及密度方面与传统的SRAM和DRAM展开竞争.
基于碳纳米管的新型存储技术运用简单的电机开关准则,在静电力、弹性力及2范德华力这三种主要作用力的平衡作用下将器件装配起来.
将碳纳米管用于电机数据存储器件,这从技术上来讲,是一种精细的、创新的设计,碳纳米管既是分子器件要素,同时也是读写的分子线.
对于全球存储市场来说,这是一个新兴的领域,目前仅仅只是造出了第一台综合模型,并实现了对信息的存储和读写;然而,对于未来的自下而上法制造电机存储器件来说,碳纳米管大有用武之地,原因就在于碳纳米管特殊的性质以及充分表征的结构,使得高密度存储成为可能,并对疲劳及破损具有很强的恢复能力.
1基于悬臂碳纳米管的数据存储技术图1是一种基于悬臂碳纳米管的三端存储单元.
一个导电的可移动部件——单壁或多壁碳纳米管——与源电极相连,悬浮在包括漏极和栅极的梯状硅衬底上.

在非导通状态"0",纳米管不与漏极接触.
当在源极与栅极之间加载电压时,悬臂碳纳米管会产生感应电荷并偏向衬底.
在达到一定"吸合电压"(pull-involtage)时,纳米管与源极产生接触.
器件此时处于导通状态"1".
如果器件在断掉电压后能保持"1"状态的稳定,那么就可用做非易失性存储器.
在这种非易失性存储器存储器中,还需要一个"释放电压"(pull-outvoltage)脉冲以使其回到"0"状态.
施于漏极的电压非常小(低于1V),并不会对吸合电压大小造成影响.
它被用于控制源极和漏极之间的电流强度.
三端悬臂存储单元的首个原型是用金电极和多壁碳纳米管构建的.
该器件在6~20V的栅极电压变化区间中实现了多次切换循环.
源极-栅极的电压-电流特性在室温下得到了测量,结果显示碳纳米管能够被用于开发数据存储器.
悬臂纳米存储单元的操作特性已通过基于线性与非线性梁理论、分子动力学等的连续介质模型得到了研究.
研究发现,范德华力对悬臂纳米存储单元的性能具有重要影响,并且引起了一些设计上的限制.
直径较小的纳米管器件具有粘附和粘着问题,换言之,即当碳纳米管与金属电极接触时会粘附在电极表面,与纳米管的弹性势能相比,这种束缚能要高得多,对较长的纳米管而言,当其位置与衬底距离较近时,这种效应更加明显.
数值模拟揭示了"1→0"转换和"0→1"转换在写入时间上的巨大差异(前者为0.
02ns,后者为0.
8ns).
在"0→1"转换过程中,尽管纳米管向漏极迅速弯曲,但在它达到"1"静止状态前,往往会多次从表面弹起.
当纳米管弹起时,漏极声子图1基于悬臂碳纳米管的三端存储单元,(a)非导通状态"0";(b)导通状态"1"3激发引起的耗散表面过程将"0→1"转换时间降低了2个数量级.
三端存储单元的另一种构建方法,是在电极上事先以催化剂点构图,通过控制垂直排列的多壁碳纳米管生长得到(图2).
这种新型方法不仅能够通过已有的硅技术实现,而且其集成度比传统内存器件要高得多.
在设计中,源极是接地的.
当漏极和栅极接以正电压,正电荷便在这两极积聚,负电荷则在源极积聚.
电荷产生的静电作用使漏极的碳纳米管远离栅极并向源极的碳纳米管靠拢.
当加载吸合电压时,源极和漏极形成电接触,产生"1"状态.

研究显示,一旦加于栅极的电压消失,源极和漏极既有可能保持"1"状态,代表性例子是约2μm长的纳米管,这种情况下范德华引力比恢复弹性静力要强;亦有可能转换为"0"状态,代表性例子是1.
4μm或更短的纳米管.
因此可以据此构建易失性和非易失性两种不同类型的存储器.
最近,通过在源极制造一个碳纳米管-绝缘体-金属(CIM)电容,垂直排列碳纳米管构成的存储单元的性能得到了显著改善.
源极生长的碳纳米管被覆盖以一层非导电的SiNx和一层金属铬,这种结构模仿了传统的高密度DRAM中采用的电容结构.
漏极生长的碳纳米管是存储单元的机械部件,它在静电力作用下产生弯曲并与CIM电容产生接触并为其充电,形成读写操作,之后纳米管回跳.
逻辑"1"和"0"由电容外电极上是否有电荷来决定("1"代表有,"0"代表无),而并不由物理上的是否接触决定.
如果用高介电常数材料如Ta2O5或SrTiO3代替SiNx,将增加电容容量和器件的偏压(分别约为10~15fF、60~80mV),以达到吉比特(gigabit)应用的水平.
2基于悬浮碳纳米管的数据存储技术美国Nantero公司已开发和制造出一种新型悬浮碳纳米管计算机存储器.
这是一种基于碳纳米管的高密度非易失性随机存取储存器(NRAM).
在NRAM中,碳纳米管扁平带悬浮于凹槽之中,并与两端的源电极和漏电极相连.
金属栅电极位于凹槽底部,碳纳米管扁平带悬浮在其上面,因此在栅电极上加图2基于垂直排列多壁碳纳米管的三端存储单元,(a)非导通状态"0";(b)导通状态"1"4入电压后,碳纳米管可诱导电荷产生.
外加电压使纳米管扁平带弯曲,与栅电极之间存在范德华力,这时器件达到导通状态"1"(图3b).
范德华力使NRAM成为非易失性器件,因为它们使碳纳米管扁平带处于悬浮位置,直到撤去外加电压使器件状态返回到的非导通状态"0"(图3a).
对于非易失性条件,器件的线性尺寸都是经过精心挑选的,悬浮碳纳米管的长度与凹槽深度的比例保持为10.
NRAM的性能已经利用分子动力学、连续模型等静态和动态方法进行了模拟.

一项研究显示悬浮碳纳米管存储单元的吸合电压比具有相同几何尺寸的悬臂式碳纳米管存储单元的吸合电压高,这是因为碳纳米管固定在两端,僵硬且弯曲幅度很小.

因此对于悬浮碳纳米管存储单元来说,碳纳米管和石墨栅极之间的范德华力并不重要.
在实际的NRAM器件中,碳纳米管和栅电极氧化物材料间的范德华力是决定器件的性能和非易失性的一个关键参数.
NRAM的非易失性可通过增加悬浮碳纳米管长度、减少碳纳米管和栅极之间的距离,或选择一种氧化物层增加范德华力来得以改善.
更强的范德华力将会导致吸合电压下降,而释放电压增加.
因此,这两种电压应仔细选择.
在NRAM中,隧道电阻取决于碳米管弯曲指数,当栅极电压改变且源/漏极电压固定的时候,"0"状态向"1"状态快速转换.
对于给定结构尺寸和栅电极上固定低压,"0→1"转换时间随着悬浮碳纳米管直径增加而变长,并在某一个直径下NRAM作为存储器件停止运行.
同样地,"0→1"转换时间随凹槽深度增加.
悬浮纳米管直径是能影响NRAM非易失性的另一个参数.
其他可能会影响NRAM性能和非易失性的参数有:温度效应,如悬浮碳纳米管的热波动,以及与栅极底部的接触效应.

3基于伸缩碳纳米管的数据存储技术受控的、可逆的伸缩延展多壁碳纳米管技术的实现开创了一条开发新型机电开关的新路.
碳纳米管的伸缩被证明是完全可逆的,并且伸缩后没有对多壁碳纳米管的滑动表面造成明显损坏.
于是,世界上首个使用基于伸缩碳纳米管的器件诞生了.

该器件包含两条两端开口的、与源极和漏极相连的多壁碳纳米管.
这两个碳纳米管被一条纳米级凹槽分开,栅极则位于源极和漏极之间.
当静电作用消失的时候,碳纳米管恢复原状,即为非导通状态"0"(图4a);在静电作用下,碳纳米管的内图3基于悬浮碳纳米管的三端存储单元:(a)非导通状态"0";(b)导通状态"1".
5部向着漏极方向"吸出",即为导通状态"1"(图4b).
实验表明,只要在该器件的漏极上加载低于10V的吸合电压,栅极上加载不高于100V的释放电压,就可以实现从"0"到"1"的超高速转变.
全碳存储单元在未来高带宽应用中拥有一系列优势,比如碳纳米管制电极同金属电极比起来,其物理尺寸要小得多.
全碳存储单元的特征一致性可以通过采用具有相同手性特征的碳纳米管制成的开关来实现.
如果双壁碳纳米管内摩擦力小,那么该存储单元只有在外加电压的情况下,才能稳定地保持"1"状态,因此实现了易失性内存功能.
在全碳电极非易失性内存存储单元中,由于组件的热波动现象,在T=300K温度条件下其最小尺寸的数量级要大于T=0K温度下的最小尺寸.
为了实现最优小型化、工作频率最高化,器件应该在非常低的温度下制造以及使用.
在此条件下,写入密度和开关转化频率将比那些基于悬臂碳纳米管和悬浮碳纳米管的器件要高得多.
上述三种不同的基于碳纳米管的数据存储器件的基本参数对比,如工作频率、吸合电压、物理尺寸等见表1.
表1基于碳纳米管的三种数据存储器件的基本参数表器件类型线性尺寸(nm)吸合电压(V)工作频率(Hz)研发阶段1000~25006~2562~750M试验基于悬臂碳纳米管的存储器件30~25000.
5~250.
1~1G理论800~16003.
6~53~200M试验基于悬浮碳纳米管的存储器件1000.
3~333.
3M理论3004~10>1G试验基于伸缩碳纳米管的存储器件5~606<100G理论4碳纳米管存储技术的未来挑战当前,半导体产业正在如火如荼地对现有存储技术开展评估,目的是为了找寻一种新的可升级的技术.
尽管目前的技术日臻先进,并能使存储速度更快、体积更小、造价更低,但人们普遍认为它们不能按比例缩减而超越为数甚少的工艺技术节点.
现在商用最为广泛的存储技术——闪存——写入速率较低从而限制了随机存取的速率.
诸如FRAM、MRAM、PARM等新存储技术已投入大量应用领域,这些领图4基于伸缩碳纳米管的三端存储单元,碳纳米管置于门电极上的全碳存储单元:(a)非导通状态"0";(b)导通状态"1".
6域中闪存限制是个问题.
下表给出了传统和新型存储技术(包括碳纳米管基NRAM的首个模型)在性能特征方面的比较.
数据显示,新技术极具竞争性和优势,特别是随机存取速率快、耗电少.
表2传统与新型存储技术性能比较传统技术新型技术模型SRAMDRAM闪存MRAMFRAMPRAMNRAM*读取速度最快中等快快快快快写入速度最快中等慢快中等快快编程电压N/AN/A高低中等中等低单元密度低高中等中等/高中等高高加工技术,nm13080561301309022非易失性无无有有有有有未来可扩展性良好有限有限良好有限优异可升级*NRAM数据为Nantero公司的目标.
碳纳米管基存储器件也具有出类拔萃的潜能,至少从理论上来说可以使密度高于DRAM,写入时所需的电能远低于DRAM,这就表明碳纳米管基存储器件不仅能与现有存储技术在速度方面展开竞争,而且运行时所需的能量也将会非常之少.

Nantero公司最近展示了一款22nm的NRAM开关的模型,并指出还有望继续小下去,突破5nm的技术节点.
一旦能够精确控制大面积碳纳米管的数量和空间位置,上述这些优势都会变为活生生的现实.
生产一块芯片需要成百上千万根足以弯曲的长碳纳米管,而且这些纳米管的制备要求干净、连贯.
此外,还需考虑新的化工过程,减少重复性不好的问题.
5赛道内存(RacetrackMemory,RM)IBM公司Almaden研究中心的StuartS.
P.
Parkin(斯图尔特·帕金)介绍说,人们利用和存取信息的方法发展非常快,用户如今希望信息立刻到达他们的指尖,iPods和手机为人类如何使用和存取信息提供了一种新的范式.
此外,用于规模更小、功能更强大的笔记本电脑的驱动器要求存储器装置的尺寸也要相应减小,同时要求性能的改善和成本的降低.
过去五年来,存储器制造商依靠缩小尺寸以增加容量和降低成本,然而,由于传统的存储器技术是以电荷存储为基础,其横向特征尺寸在2016年将达到22nm,维持电荷的稳定性将成为问题.
如今面临的基本物理问题将阻碍尺寸在某个时候进一步缩小.
未来非易失性存储器有着许多不同的选择,例如那些基于电阻变化的存储器了代替电荷存储器.
帕金开发的另一种可选方案是赛道内存.
到目前为止,存储器技术已经牢固植根于二维存储并且能够较好服务于我们.
进一步缩小二维尺寸已接近物理极限,然而这却指向一个明显的解决方案:扩充到三维.
这是帕金在过去3~47年感兴趣的问题.
帕金认为赛道内存能够正确承认这一点,同时也代表了利用自旋电子用于磁存储技术的下一步发展方向.
第一代自旋电子器件是基于巨磁电阻效应(GMR),目前用于大多数HDDs的信息读写.
这项创新是基于帕金的重要发现,能独自使HDDs存储容量提高1000倍.
第二代自旋电子技术MRAM于1995年被提出,1999年由帕金和他的同事们制造了原型,飞思卡尔公司(Freescale)在随后的2006年实现了商业化.
MRAM结合了闪存和传统存储器的优点:没有移动的部分、断电后保留了信息以及以磁荷的形式存储信息.
利用脉冲自旋极化电流可以操纵磁性纳米线中的纳米尺度区域——磁畴壁的磁状态,这一最新研究进展使得赛道内存的制作成为可能.
帕金和他的研究小组已证明:借助纳秒级脉冲自旋极化电流,有可能移动磁性纳米线(如坡莫合金Ni81Fe19)中的单个磁畴壁.
赛道内存的设想是其由直径约为0.
1μm、总长为几个或几十个微米的统一均质U形纳米线圈构成,含有在相反方向磁化的区域(左图5).
这些区域或磁畴壁有"头-头"和"尾-尾"两种构造形式.
当施加外部磁场时,这两种类型的磁畴壁将向相反的方向移动并湮灭,但自旋极化电流可以使磁畴壁系列向相同的方向移动.
在单一脉冲电流的作用下,由磁畴壁隔离的一系列磁畴可以沿纳米线移动.
这些代表了一系列磁位的磁畴壁可以沿着纳米线上下移动,从而通过读写设备.
帕金认为,重要的是这种运动仅涉及到磁矩,而不涉及原子运动.
因此,这种概念就具备了其它优势.
例如由于该系统仅涉及到磁矩转动,因此从理论上而言,将会没有磨损和疲劳机制.
帕金表示,"原则上,我们希望在硅晶片表面上垂直建立这些呈高立柱状的纳米线,它们以磁畴或磁畴壁的形式存储着一系列磁位".
每个立柱都有自己的读写设备,封装在硅晶片中,位于纳米线U形结构底部,读写数据的速率可能达到100兆/秒.
这种构造的一个优点是,每10~100比特的信息都将拥有一个读写设备,这将使得该系统比仅有一个读/写设备驱动的磁盘速度更快,也更为可靠.
此外,赛道内存与传统存储技术有着根本的区别,它可以从一个访问点访问多个数据位,而传统存储技术从一个访问点仅能访问一个数据位.
帕金表示,赛道内存的成本将比传统内存的成本低的多,甚至比闪存还便宜.
他相信,利用这种非易失性存储技术制作出的存储器,在存储密度和成本方面都可以与硬盘相媲美,而性能则会好百万倍.

如果赛道内存可以取代硬盘和闪存,它将有可能减少计算机所依赖的记忆存储技术,图5赛道内存原型示意图8从而简化计算机.
6下一阶段的工作和未来挑战开发赛道内存的第一阶段工作是从基本原则上为这一概念提供可行性证明.
在未来3~5年中,帕金计划利用水平坡莫合金纳米线在硅晶片上构造示范系统.
虽然迄今为止工作的重点是使用坡莫合金,但帕金认为纳米线原材料是开发赛道内存的关键.
他表示,他们正处于对赛道内存科学的探索和基本认识阶段,前面依然有很多的工作需要展开,例如借助材料物理学来确定构造赛道内存的最佳材料.
这种材料需要具有可移动的磁畴壁,可借助小电流进行可靠的操控,以降低能耗.

帕金表示,他们的近期目标是示范基本技术,构建一个赛道,证实其在水平(二维)状态下可以工作.
虽然这种构造不具备三维的优点,但帕金相信,与闪存相比,它将依然可以带来重大的密度和性能提升.
目前,构造水平赛道似乎已不存在障碍.

如果这种方法可以成功,下一阶段的工作将转向构建垂直(三维)赛道.
虽然垂直赛道的概念很简单,但它将面临一系列独特的挑战,当然不仅仅是构建赛道本身.
不过,由上而下或自下而上制作纳米线的方法正在不断取得进步,帕金希望能在三维装置的构建中充分利用它们.
当然,这些纳米线的制作将面临着非同寻常的根本性挑战.
最简单的路线可能是采用一种介质层,形成可以用磁性材料填充的通道或孔.
另外,或许可以利用生长纳米线的新技术.
帕金认为垂直赛道的最终实现没有太大障碍,而是看成有一系列需要克服的挑战,并像拼图游戏一样正确匹配.
在前进的道路上,有许多需要回答的基本物理问题:自旋极化电流如何与磁畴壁交互,如何提高利用自旋极化电流移动磁畴壁的效率,如何利用尽可能少的能量能读/写磁畴壁.
帕金表示,目前最关键的问题是:一个磁畴壁系列是否可以充分可靠地移动.
尽管目前仍然无法回答上述问题,帕金仍在致力于未来研究.
他表示,在将来几年很有可能制作出原型.
赛道内存的潜力巨大,可以进行几代的扩展,因此很值得投资.
而且,它提供了全新的记忆存储方法.
帕金认为,如果得以实现,将对计算系统产生革命性的影响.
万勇姜山冯瑞华黄健黄可马廷灿编译自Materialstoday,2008,11(6):38-43,16-18.
研究进展美国物理学家研制出首个激子集成电路美国物理学家首次利用激子(exciton)代替电子来传送信号从而制造出了集成电路.
这些基于激子的晶体管能够用于新型计算机,以弥补计算和通信之间速度的9差距.
目前集成电路是利用电子来传送计算所需信号的,但几乎所有的通信器件都利用光或光子来发射信号,因此需要将信号语言从电子转换成光子,这限制了电子器件的速度.
美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的物理学教授LeonidButov和他在UCSD以及加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的同事们制造出了几个基于激子的晶体管,这是形成新型计算机的基础,他们在2008年6月19日《科学》杂志的网络版上首先报道了这一结果,他们组装的电路是首个利用激子的计算设备.
这些晶体管利用激子处理信号,就像是被电压控制的电子一样,但是又不同于输出电路中的电子转化为光子的过程.
这种直接将激子耦合到光子的做法弥补了计算和通信之间速度的差距.
激子是由于半导体(如砷化镓)吸收光子而产生的电子-空穴对,半导体中的电子和空穴原本是分离的,当它们复合的时候,激子衰退并闪光而释放出能量.
Butov和他的同事们使用了一种特殊类型的激子,电子和电子空穴会限制在不同的量子阱中,相距几个纳米.
这种结构创造了使用电压控制激子流量的可能性,可以说实现了高速传输.
这些电压门创造了一个能量泵浦,它可以使激子停止运动,也可以使它们流动.

一旦能量障碍被消除,激子可以通过晶体管输出并转化成光,直接送入通信电路,而无需进行信号转换.
科学家们通过加入激子晶体管制造了简单的集成电路,从而形成了几种类型的开关电路,能够直接准确地沿着一个或几个路径发送信号.
激子的速度非常快,因此开关也能迅速地被拨动,至今已证明开关时间大约在200皮秒.
然而基于激子进行计算的速度不可能比基于电子电路的速度快,当发送信号到另一台机器或者信号在光链路连接的芯片不同部分传播时激子的速度将被体现出来.
Butov和他的同事们证明激子可用在新型计算机中,但在实际应用时应使用不同材料.
砷化镓激子电路仅仅只能在40K以下的温度工作,这是由激子的结合能决定的.
工作温度可通过选择不同的半导体材料加以提升.
黄可编译自http://ucsdnews.
ucsd.
edu/newsrel/science/06-08Excitons.
asp检索日期:2008年6月25日研究人员解开钻石光滑之谜近日,一支由来自宾夕法尼亚大学、阿贡国家实验室、威斯康星大学麦迪逊分校、佛罗里达大学等的研究人员组成的合作小组发现了钻石薄膜光滑的原因所在.

他们的实验着眼于多年以来有关钻石低摩擦及损耗特性的两个主要假设,通过分光镜令人信服地探究了钻石的摩擦力.
借助光电子显微镜等高度专业化的技术,研究基于激子的电路因激子衰退释放光子而发光10揭示钻石的光滑特性来源于表面原子键在滑动时断裂,游离吸附环境中的水分子引起的钝化,而非是由于钻石转变为更为稳定的石墨态;研究还发现,环境中缺少水分时,摩擦力会急剧增大.
过去有关此方面的解释是,滑动的钻石表面之间的摩擦力产生的能量能使钻石转变为润滑的石墨,然而迄今尚未有具体的分光镜实验来证明之.
作为劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的组成部分,光电子显微镜能够对滑动实验进行中钻石表面出现的化学变化进行成像和识别.
该小组检测了超级纳米晶钻石的一个薄膜,发现即使在相对湿度约为1.
0%的极端干燥条件下,摩擦力也相当小(摩擦系数仅约为0.
01,比普通的冰块更滑),而且磨损也很低.
通过微摩擦计、精密摩擦检测设备、X-射线光电子发射显微镜、空间分辨X-射线分光镜等技术手段,研究人员检验了超级纳米晶钻石表面在不同的相对湿度和负荷条件下滑动所产生的磨损痕量.
实验并没有发现可检出量的石墨,而只有少量的碳从晶体转变成了无定形,同时在表面磨损的部位有氧存在,这表明滑动时断裂的键最终被环境中的水分子所钝化.
在工业中,钻石薄膜不仅已经用于机械密封涂层来减少磨损、改善性能,还用作切削工具的超硬涂层,本研究有望推动其在机械和器件中的运用以延长服役周期,预防磨损并节约因为摩擦而浪费的能量.
该工作得到美国空军和能源部的资助,相关研究成果发表在六月期的《物理评论快报》上(文章标题:OriginofUltralowFrictionandWearinUltrananocrystallineDiamond).
万勇编译自http://www.
upenn.
edu/pennnews/article.
phpid=1408检索日期:2008年6月26日超导表面电子控制取得突破在非常低的温度下,一些材料会出现超导电性,而高温超导体是一类能够在高达140℃的温度下电阻很小甚至没有电阻的材料.
超导材料的极薄层以及表面的性质与其它部分截然不同,电子会进行重新排列,从而使得对它的研究无从下手,近几年人们逐渐意识到这种现象既是一大挑战也是超导材料大发展的关键所在.
加拿大英属哥伦比亚大学的一支研究团队将钾原子沉积在超导氧化铜的表面,该方法可以连续地控制超薄层材料的电子数目,而这在过去20年里认为是不可能做到的.

该新技术为系统研究高温超导材料以及其他表面和界面控制物理性质的材料打开了一扇门,表面和界面控制在燃料电池、无损电力线的研究方面扮演着重要的角色.
相关研究成果发表在《自然物理》上(文章标题:Insitudopingcontrolofthesurfaceofhigh-temperaturesuperconductors).
万勇摘译自http://www.
physorg.
com/news133446198.
html检索日期:2008年6月24日11短讯制作纳米线电路的新技术最近,哈佛大学工程与应用科学学院的科学家与德国耶拿大学、哥廷根大学和不来梅大学的研究人员合作开发出了一种制作纳米线光子和电子集成电路的新技术.
这种技术集成了光刻技术和硅集成电路生产过程中所使用的旋涂玻璃(SpinonGlass)技术,可以将纳米线直接集成到硅片上,成本较低,未来有望用于商业生产.

相关研究由美国国家科学基金会(NSF)和德国研究基金会(DFG)共同资助.
马廷灿摘译自http://harvardscience.
harvard.
edu/engineering-technology/articles/researchers-develop-new-technique-fabricating-nanowire-circuits检索日期:2008年6月27日NIST开发出磁性材料3D纳米结构制备新工艺美国国家标准与技术研究院(NIST)的材料科学家们开发出一种制备磁性材料复杂3D纳米结构的新工艺.
NIST工艺是根据"大马士革金属化"(Damascenemetallization)技术改变而来的一种技术,"大马士革金属化"通常是用来制造复杂的3D铜导线互连.
NIST工艺首先在晶圆表面上蚀刻横向沟槽(trenches)和纵向连结孔(vias)的复杂图案,然后利用电镀工艺填补铜金属.
大马士革金属化工艺确保电镀金属完全填补深而窄小的沟槽而不留任何空隙.