بهبود ابررسانایی دی‌برید منیزیم توسط نانوکربن

دانشمندان آلمانی دانسیته جریان بحرانی ابررسانای دی‌برید منیزیم را از طریق اضافه کردن ناخالصی‌هایی از جنس نانوساختارهای کربن بهبود دادند.

مارکو هرمن و همکارانش در IFW درزدن همچنین توانستند میدان بحرانی بالایی این ماده را نیز با استفاده از همین روش بهبود بخشند. این روش شامل استفاده از کربن با اندازه‌ دانه‌های ریز (که قبلاً آسیاب شده است) و فعالیت زیاد همراه با پودر نانوسایز پیش‌ماده MgB2 می‌باشد که با آسیاب انرژی بالا تهیه شده است. اگر قرار باشد ابررسانای دمای پایین در کاربردهای عملی مورد استفاده قرار بگیرد، بهبود هر دوی این پارامترها ضروری می‌باشد.

دی‌برید منیزیم که برای اولین بار در سال 2001 خاصیت ابررسانایی آن کشف شد، به دلیل دمای بحرانی بالا (39 درجه کلوین)، هزینه پایین، و ترکیب شیمیایی ساده‌اش پتانسیل بالایی برای کاربردهای فناورانه دارد. با این حال پایین بودن میدان بحرانی بالا (Hc2) و دانسیته جریان بحرانی (Jc) دی‌برید منیزیم خالص مانع استفاده از آن گردیده است.

در سال‌های اخیر محققان نشان داده‌اند که می‌توان خاصیت ابررسانایی دی‌برید منیزیم را از طریق اضافه کردن ناخالصی‌های مختلف کربن از جمله کربید سیلیکون، نانولوله کربنی، و خود کربن خالص بهبود بخشید. حال هرمن و همکارانش نشان داده‌اند که کربن آسیاب‌شده با غ=فعالیت بالا نیز ناخالصی مناسبی برای این منظور می‌باشد.

این تیم تحقیقاتی که کار خود را در قالب پروژه اروپایی HIPERMAG انجام داده است، دریافت که این ناخالصی می‌تواند Hc2 دی‌برید منیزیم را برای x=0.221 در MgB2-xCx در 20 درجه کلوین تا T 4/11 افزایش دهد.

بنابرگفته محققان این پیشرفت به دلیل ویژگی‌های پخش الکترون باردار فاز MgB2-xCx تشکیل شده می‌باشد. استفاده از این ناخالصی‌های پودری کربن در نوارهای دی‌برید منیزیم تهیه شده توسط فناوری «پودردر لوله» منجر به بالاترین مقدار Jc گزارش شده برای این سیستم گردید (10 کیلوآمپر بر سانتی‌متر مربع در T 3/14 و 2/4 کلوین). همچنین میزان به دست آمده Jc معادل 10 کیلوآمپر بر سانتی‌متر مربع در T 5 و 20 درجه کلوین نشان‌دهنده مزیت استفاده از دی‌برید منیزیم نسبت به دیگر ابررساناهای تجاری دمای پایین می‌باشد.

آندریاس دن اودن و مارک دال هماهنگ‌کننده‌های HIPERMAG در مصاحبه با nanotechweb.org بیان داشتند:

« دی‌برید منیزیم نسبت به NbTi به سرعت در حال تبدیل به یک ابررسانای فنی تجاری برای میدان‌های مغناطیسی متوسط می‌باشد. از آنجایی که مقدار Tc بالاتر آن امکان کاهش هزینه‌های سیستم و همچنین نگهداری را در کاربردهای تجاری مهمی همچون MRI یا NMR فراهم می‌کند، یقیناً شاهد افزایش نقش آن در زمینه مواد نیز خواهیم بود. به علاوه نتایج هیجان‌انگیز همکاران ما در درزدن روشن می‌کند که چگونه محدودیت‌های عملکرد رساناهای MgB2 هنوز در حال رفع شدن است که این امر ایجاد پیشرفت‌های زیادی را در عرصه‌هایی که ابررساناهای موجود نقش حاشیه‌ای دارند، موجب می‌شود»
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/31580

به دام انداختن و دستکاری اسپین الکترون‌ها

یک تیم تحقیقاتی به رهبری مهندسان دانشگاه بوفالو ابزار جدیدی توسعه داده‌اند که با استفاده از آن به راحتی می‌توان اسپین الکترون‌ها را به دام انداخت، آنها را شناسایی و دستکاری نمود.

این پیشرفت می‌تواند بر بسیاری از موانع موجود بر سر راه اسپینترونیک و محاسبات کوانتومی غلبه کند. نتیجه کار این محققان در مقاله‌ای به صورت آنلاین روی سایت اینترنتی Physical Review Letters منتشر شده است.

دکتر جاناتان بیرد استاد مهندسی برق در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه بوفالو و محقق اصلی این پروژه می‌گوید: «دستکاری و کنترل اسپین الکترون‌های منفرد چالش فنی بسیار بزرگی است که غلبه بر آن می‌تواند عرصه‌های جدیدی از نانوالکترونیک را روی محققان باز کند».

او می‌افزاید: «در مقاله منتشر شده ما راهکار جدیدی برای به دام انداختن، دستکاری و شناسایی اسپین الکترون‌های منفرد ارائه نموده‌ایم که این قابلیت را دارد تا در آینده با افزایش مقیاس این روش، در مدارات مجتمع بسیار چگال مورد استفاده قرار بگیرد».

با وجودی که اخیراً گروه‌های زیادی به دام انداختن اسپین الکترون را گزارش کرده‌اند، اما تمام آنها برای این کار از نقاط کوانتومی (نیمه‌هادی‌های نانومقیاس) استفاده نموده‌اند که می‌تواند در دماهای بسیار پایین (زیر یک درجه کلوین) اسپین الکترون‌ها را به دام بیاندازد.

بیرد می‌گوید خنک کردن ابزارها و رایانه‌ها تا این حد به طور معمول امکان‌پذیر نیست و این امر باعث می‌شود که این سیستم‌ها به تغییرات محیطی بسیار حساس شوند. در عوض سیستم طراحی شده توسط محققان دانشگاه بوفالو اسپین الکترون‌ها را در دمای حدود 20 درجه کلوین تشخیص می‌دهد و بنا بر گفته بیرد، این راهکار می‌تواند موجب توسعه یک فناوری پایا گردد.

به علاوه، سیستمی که آنها توسعه داده‌اند به دروازه‌های منطقی نسبتاً کمی نیاز دارد و این امر افزایش مقیاس آن را در مدارات مجتمع بسیار پیچیده عملی می‌سازد. دروازه‌های منطقی اجزایی در نیمه‌هادی‌ها می‌باشند که جریان را کنترل می‌کنند.

سیستمی که این دانشمندان توسعه داده‌اند از طریق اعمال انتخابی ولتاژ به دروازه‌های فلزی که روی سطح ساخته شده‌اند، جریان الکتریکی را در نیمه‌هادی‌ها کنترل می‌کند.

بیرد توضیح می‌دهد که بین این دروازه‌ها یک شکاف نانومقیاس وجود دارد و زمانی که ولتاژ به آنها اعمال می‌شود، در این شکاف نانومقیاس است که نقطه اتصال کوانتومی تشکیل می‌شود.

او می‌گوید با تغییر ولتاژ اعمالی به این دروازه‌ها عرض این شکاف می‌تواند به طور مداوم کمتر شده و به جایی برسد که کاملاً بسته شود

http://www.nanowerk.com/news/newsid=2744.php

اتاماتای سلولی کوانتمی جایگزینی برای مدارهای ترانزیستوری

محققان دانشگاه اصفهان به دنبال مشکلات موجود در کاهش ابعاد مدارهای ترانزیستوری، ساختارهای اتاماتای سلولی کوانتمی (QCA) را به‌عنوان جایگزینی برای این مدارها، بررسی کرده‌اند.

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو ،مهندس حمیدرضا محقق گفت: "ساختارهای QCA از آرایه‌ای از سلول‌های کوانتمی تشکیل شده‌اند که در آن، هر یک از سلول‌ها با سلول‌های مجاور خود تعامل الکترواستاتیکی دارند. قابلیت نمایش اطلاعات دودوئی به‌کمک قطبیت سلول‌ها و استفاده از تعامل بین الکترون‌های قرار گرفته در نقاط کوانتمی درون سلول‌ها برای انتقال اطلاعات در مدار، انجام محاسبات در QCA را از جریان الکترون‌ها در مدار بی‌نیاز ساخته است".

  او در ادامه افزود: "در کارهای انجام شده برای ناهمزمان‌سازی مدارهای QCA، تاکنون نقش ثبات‌ها در این مدارها در نظر گرفته نشده و پیکربندی کاملی برای بررسی ارتباط بین اجزای مدار ارائه نشده است. با توجه به نقش کلیدی ثبات‌ها در مدیریت روابط بین اجزای یک سیستم ناهم‌زمان، در این پژوهش ساختاری برای یک جمع‌کننده سریال غیر حساس به تأخیر در QCA ارائه شده است که در آن از ثبات‌ها برای کنترل انتقال اطلاعات در مدار استفاده می‌شود".

 استاد دانشگاه آزاد ماهشهر در رابطه با چگونگی انجام پژوهش گفت: "در مرحله مقدماتی، تحقیقاتی پیرامون فناوری QCA انجام شد. سپس به بررسی روش پیشنهاد شده برای طراحی مدارهای QCA ناهم‌زمان پرداخته شد. منطق NCL و ساختارهای اصلی آن مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه ساخت دریچه‌های NCL در QCA و ارائه ساختار یک ثبات طراحی شده و سپس پیکربندی یک جمع‌کننده سریال غیر حساس به تأخیر، برای بررسی نحوه تعامل اجزای مدار توسط ثبات‌ها ارائه گردید".

 جزئیات این پژوهش که به‌وسیله حمیدرضا محقق و با هدایت دکتر عباس وفایی در گروه کامپیوتر دانشگاه اصفهان انجام شده در مجله World applied sciences journal(جلد 4، صفحات 660-655، سال 2008) منتشر شده‌است.

بهینه‌سازی خواص الکتریکی نانولوله‌های کربنی

طبق محاسبات محققان دانشگاه نوتردام، هر نانولوله‌ کربنی به ازای هر 32 اتم کربن می‌تواند یک الکترون را گرفته و ذخیره کند. این الکترون ذخیره‌شده ‌می‌تواند به‌آسانی و با افزودن یک رنگدانه آلی پذیرندة الکترون تخلیه شود. این توانایی، باعث افزایش شدید جریان و هدایت نوری سیستم‌های الکتریکی می‌شود

انتقال الکترون بین یک نانوذرة نیمه‌هادی TiO2 و نانولوله‌کربنی که به‌دلیل حرکت این سیستم به‌سمت تعادل باری، اتفاق می‌افتد.

آنوسرن کونگ‌کاناند و پراشنت کامَت، محققان دانشگاه نوتردام، انتقال الکترون‌ها را از ذرات نیمه‌هادی به نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، هنگامی که این سیستم کامپوزیتی به‌سمت تعادل باری حرکت می‌کرد، پایش کردند. این مطالعه برای طراحی نانولوله‌ها، به‌عنوان راهی برای هدایت بار الکتریکی و افزایش عملکرد فوتوالکتروشیمیایی برای کاربردهایی، از قبیل ادوات الکترونیکی و پیل‌های خورشیدی، مفید خواهد بود.
کامت می‌گوید: «اگرچه خاصیت ذخیره الکترونی نانولوله‌های کربنی شناخته شده‌است، ولی هیچ روش ساده و مناسبی برای تخمین کمّی ظرفیت ذخیره‌سازی وجود ندارد. مطالعه ما روشی را برای اندازه‌گیری کمّی تعداد الکترون‌های ذخیره‌شده‌ در نانولوله‌های کربنی و توانایی آنها در تخلیه این الکترون‌ها در موقع مناسب، ارائه می‌کند. علاوه‌براین، می‌توان از این اطلاعات برای تخمین سطح فرمی این کامپوزیت نانولوله کربنی – نیمه‌هادی، استفاده کرد. این پارامتر در ارزیابی عملکرد ادوات نانولوله‌ای برای کاربردهای فتوولتائیک و الکترونیکی مهم است.
تحریک نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به‌وسیلة لیزر، باعث جداسازی بار در آنها می‌شود و تعدادی از الکترون‌های نیمه‌هادی را به دام می‌اندازد که تعداد آنها 3770 الکترون به ازای هر 12 نانومتر طول نانوذره تخمین زده می‌شود. الکترون‌های به دام‌افتاده در دی اکسید تیتانیوم یک رنگ آبی را نشان می‌دهند (یک باند جذب 650 نانومتری)، اما هنگامی که این محققان نانولوله‌های کربنی تک‌جداره را در داخل نانوذارت دی اکسید تیتانیوم وارد کردند، شدت رنگشان کاهش یافت؛ چون نانولوله‌های کربنی تک‌جداره هیچ جذب قابل آشکاری در محدوده نور مرئی ندارند، پس این کاهش شدت رنگ به این معنی است که بعضی از الکترون‌های به دام‌افتاده در دی اکسید تیتانیوم به نانولوله‌های کربنی تک‌جداره منتقل شده‌اند.
این محققان توضیح می‌دهند: «این انتقال الکترون‌ها تعادل باری بین این دو سیستم نیمه‌هادی که دارای سطوح فرمی متفاوتی هستند، را نشان می‌دهد. در یک غلظت صد میلی‌گرم در لیتر از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، ما نابودی کامل باند جذب 650 نانومتری را مشاهده کردیم، که این دلالت بر انتقال کامل الکترون‌ها به نانولوله‌های کربنی تک‌جداره داشت».
انتقال کامل شامل یک الکترون به ازای هر 32 اتم کربن بود که در فقط ده نانوثانیه اتفاق می‌افتاد. چنین ظرفیت الکترونی بالایی دلالت بر اَبَرخازن بودن نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، دارد که این امر می‌تواند در کاربردهای الکترونیکی مفید باشد. کامت می‌گوید: «افزایش ذخیره الکترونی در یک حجم کم به‌وسیلة نانولوله‌های کربنی، برای کوچک‌سازی باطری‌های ذخیره جذاب است. انتقال الکترون از نیمه‌هادی به نانولوله‌های کربنی تا به تعادل رسیدن انرژی‌های فرمی هر دو ماده، ادامه می‌یابد».
به گفتة کامت با انتخاب یک ذره نیمه‌هادی دیگر با یک باند هدایت منفی‌تر از باند هدایت دی‌اکسید تیتانیوم یا روش‌های باردهی جایگزین (از قبیل باردهی الکتروشیمیایی یا الکتریکی)، ممکن است بتوان الکترون‌های بیشتری را ذخیره کرد. هر چه سطح انرژی نیمه‌هادی بالاتر باشد، تعداد الکترون‌های بیشتری نیز انتقال می‌یابد. این محققان برای تخلیه این الکترون‌ها، تیونین (یک رنگدانه آلی که به‌عنوان پذیرنده الکترون عمل می‌کند) اضافه کردند. الکترون‌ها از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره به تیونین انتقال یافتند. تیونین پتانسیل احیای مثبت‌تری از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره دارد و الکترون‌ها برای رسیدن به تعادل بار از نانولوله‌ها به تیونین انتقال می‌یابند.
توانایی نانولوله‌های کربنی تک‌جداره برای گرفتن الکترون و انتقال آنها به یک پذیرنده الکترون مناسب، نقش واسطه‌گری این نانولوله‌ها در یک فرآیند انتقال بار را برجسته می‌کند. این خاصیت گرفتن و رهاسازی الکترون به‌وسیلة نانولوله‌های کربنی تک‌جداره نقش مهمی را در بهبود عملکرد کاربردهای جمع‌آوری انرژی نور، بازی خواهد کرد.
این محققان نتایج کار خود را در مجله ACS Nano منتشر کرده‌اند

http://www.physorg.com/news107419836.html

تولید کابل دیجیتالی کوانتومی

فیزیکدانان موسسه ملی تحقیقات و فناوری (NIST) اطلاعات را از طریق ارتعاشات الکترونیکی روی یک کابل آلومینیومی که به روش میکروساخت تولید شده بود، میان دو اتم مصنوعی انتقال دادند. آنها با این کار ابزار جدیدی برای استفاده در رایانه‌های قدرتمند کوانتومی آینده توسعه داده‌اند. این سیستم شبیه کابل مورد استفاده در تلویزیون‌های کابلی می‌باشد که قابلیت‌های اضافی دیگری همچون ابررسانایی (مقاومت الکتریکی صفر) و بیت‌های اطلاعاتی چندمنظوره‌ای که از قوانین غیرطبیعی فیزیک کوانتوم تبعیت می‌کنند را نیز دارا می‌باشد.

این کابل ارتعاشی شاید روزی در رایانه‌های کوانتومی که برای انجام عملکردهای خاصی همچون شکستن کد و جستجو در بانک‌های اطلاعاتی بر رفتار کوانتومی مبتنی بوده و بسیار سریع‌تر از رایانه‌های امروزی می‌باشند، مورد استفاده قرار بگیرند. به علاوه، تولید اجزای ابرهادی توسعه‌یافته در موسسه ملی استاندارد و فناوری ، بسیار آسانتر از کاندیداهای رقیب دیگر بوده و افزایش مقیاس تولید آنها برای کاربردهای عملی نیز امکان‌پذیرتر است.

بر خلاف ابزارهای الکترونیک معمول که اطلاعات را به شکل بیت‌های دیجیتالی که می‌توانند یک یا صفر باشند، ذخیره می‌کنند، هر حوزه ابرهادی به صورت یک بیت کوانتومی یا کیوبیت عمل می‌کند که می‌تواند مقادیر صفر و یک را به صورت همزمان در خود نگهداری کند. کیوبیت‌هایی که در این «ابروضعیت» متشکل از هر دو حالت قرار دارند، می‌توانند به طور همزمان محاسبات بسیار بیشتری نسبت به انواع مشابه معمول خود انجام دهند؛ این قابلیت امکان تولید رایانه‌های بسیار سریع‌تر وقدرتمندتر را فراهم می‌کند. بخش ارتعاشی کابل که اطلاعات را میان دو حوزه ابرهادی منتقل می‌کند، میان دانشمندان به «اتوبوس کوانتومی« معروف است و این قابلیت را دارد که داده‌ها را میان دو یا چند کیوبیت منتق نماید.

کار موسسه ملی استاندارد و فناوری روی جلد مجله Nature شماره 27 سپتامبر آورده شده است. این دانشمندان ابتدا اطلاعات را در یک کیوبیت کدگذاری نموده و سپس آن را به صورت انرژی میکروویو به قسمت ارتعاشی کابل برای یک ذخیره‌سازی کوتاه به مدت 10 نانوثانیه منتقل نموده، و در نهایت اطلاعات را به صورت موفقیت‌آمیزی به کیوبیت دوم منتقل کردند.

ری سیموندز فیزیکدان NIST می‌گوید: «ما عنصر جدیدی را برای سیستم‌های اطلاعات کوانتومی آزمایش کردیم. این امر بسیار مهم است، چرا که بدین معنی است که ما می‌توانیم کیوبیت‌های بیشتری را با یکدیگر مرتبط کرده و با استفاده از یک عنصر ساده، اطلاعات را میان آنها جابه‌جا کنیم».

http://www.nanowerk.com/news/newsid=2718.php

«الگوریتم ها» و «تراشه» های کوانتومی

محاسبات كوانتومی یك زمینة جدید و امیدواركننده با قابلیت بالقوه بالای محاسباتی است، اگر در مقیاس بزرگ ساخته شود. چندین چالش عمده در ساخت رایانة كوانتومی بزرگ مقیاس، وجود دارد: بررسی و تصدیق محاسبات و معماری سیستم آن.مقاله زیر به بررسی اهمیت الگوریتم ها در طراحی تراشه های كوانتومی می پردازد

دانلود