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Nano Lab 'Noise Free' di IBM
Questa settimana, IBM ha annunciato l'intenzione di costruire in Svizzera i più grandi impianti di fabbricazione nanoelettronica senza rumore del mondo. Schermando le apparecchiature dal rumore elettromagnetico, termico e sismico esterno, le nuove strutture dovrebbero aiutare a far progredire la ricerca in un'ampia gamma di campi, come la spintronica, i dispositivi a base di carbonio e la nanofotonica, afferma IBM.
Blocca il rumore: Il rendering di un artista (in alto) mostra il design delle nuove strutture di ricerca sulle nanotecnologie di IBM a Zurigo, in Svizzera, che includeranno i più grandi laboratori silenziosi del mondo. I banchi prova in ogni laboratorio (in basso) poggeranno su blocchi sismici montati su molle pneumatiche. I doppi pavimenti dei laboratori elimineranno le vibrazioni, comprese quelle causate dalle persone che entrano nella stanza.
Man mano che la ricerca sull'elettronica si sposta su scale sempre più piccole, un ambiente di laboratorio stabile diventa sempre più importante, afferma Matthias Kaiserswerth, direttore del Laboratorio di ricerca IBM Zurigo . Se stai cercando di progettare un nuovo transistor manipolando singoli elettroni che si muovono attraverso un nanotubo di carbonio, qualsiasi disturbo - un camion che passa rombando o un aspirapolvere nelle vicinanze - può interrompere il tuo esperimento e lasciarti con risultati irriproducibili.
Quello a cui stiamo cercando di arrivare è qualcosa che sia veramente privo di rumore, che protegga da tutte queste influenze, afferma Kaiserswerth. Alla fine, dice Kaiserswerth, questo tipo di strutture diventeranno per la nanoelettronica ciò che le camere bianche sono per l'elettronica convenzionale al silicio.
Henry Smith , condirettore del Laboratorio di nanostrutture del MIT, non è così sicuro. Non ci sono prove certe che tali strutture siano necessarie, dice. L'isolamento attivo delle vibrazioni è una soluzione migliore ea un costo molto inferiore.
Ma Xiang Zhang , direttore del Nano-Scale Science and Engineering Center presso l'Università della California, Berkeley, afferma che è proprio la volontà di IBM di assumersi dei rischi con la sua nuova struttura che creerà entusiasmo nella comunità delle nanotecnologie. Questo è un buon segno, dice.
I nuovi laboratori fanno parte di una struttura da 90 milioni di dollari e 65.000 piedi quadrati costruita da IBM in collaborazione con l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia, sempre a Zurigo. Un terzo dei 90 milioni di dollari andrà alla costruzione di 10.000 piedi quadrati di strutture per camere bianche e 2.000 piedi quadrati di laboratori silenziosi. Sebbene i laboratori di nanotecnologia altrove siano schermati in vari modi, afferma Kaiserswerth, questi 200 metri quadrati saranno unici. Questi laboratori silenziosi ci daranno un vantaggio competitivo in modo da poter andare avanti più velocemente.
IBM si occupa di produrre chip per computer, afferma Kaiserswerth. Ma negli ultimi anni abbiamo lottato per soddisfare la legge di Moore in termini di raddoppio del numero di transistor su un chip e raddoppio della frequenza di clock. Le tecniche che l'industria ha tradizionalmente utilizzato per aumentare la densità dei circuiti stanno iniziando a scontrarsi con i limiti fisici fondamentali del silicio. Molte aziende e centri di ricerca stanno cercando di sviluppare nuovi modi per archiviare informazioni ed eseguire calcoli.
Ad esempio, IBM sta cercando di costruire transistor da nanofili, usando minuscole forze magnetiche esercitate dagli elettroni per immagazzinare informazioni e rallentando e piegando la luce in modi che rendano possibile eseguire calcoli con fotoni invece che con elettroni.
Ma con queste nuove tecnologie arrivano nuove sfide. Una volta che entri nella ricerca su scala atomica, hai a che fare con livelli di energia molto bassi, e quindi hai bisogno di strumenti molto sensibili, dice Kaiserswerth. E più lo strumento è sensibile, più è sensibile ai disturbi dell'ambiente. Ogni volta che acquistavamo una nuova attrezzatura, afferma Paul Seidler, responsabile scientifico e tecnologico di IBM Zurich, ci saremmo trovati a dover pensare a quale laboratorio fosse più adatto.
E poiché la nanotecnologia progredisce nella realizzazione di strutture sempre più piccole che richiedono una maggiore precisione, molti laboratori troveranno sempre più questo un problema, afferma Kaiserswerth. Zhang è d'accordo. È qualcosa che l'industria dovrà affrontare, dice.
Ogni laboratorio nella nuova struttura di IBM avrà banchi di prova montati su blocchi di cemento separati, supportati elasticamente da ammortizzatori pneumatici. Questi a loro volta saranno montati su lastre di calcestruzzo ad alta massa antivibranti. Questo doppio pavimento eliminerà anche le vibrazioni causate dalle persone che entrano nella stanza.
Allo stesso modo, i laboratori saranno effettivamente racchiusi in gabbie che agiscono come schermi elettromagnetici passivi per proteggere dai campi elettromagnetici permanenti, come quelli causati dalle ferrovie vicine o da altri laboratori. La schermatura attiva basata su sensori compenserà eventuali disturbi elettromagnetici periodici. Possiamo schermare fino a cinque nanotesla, o un 10.000esimo del campo magnetico terrestre, afferma Kaiserswerth.
Questo è il livello successivo di precisione, afferma Seidler. Per molti aspetti, è un'indicazione che la nanoelettronica è arrivata.