Военные нанотехнологии -
ISBN 5-94836-096-2
Скачать (прямая ссылка):
В соответствии с еще одной предлагаемой нанотехнологией, в дисплеях могут использоваться органические молекулы, обеспечивающие очень яркое и легко регулируемое по цвету излучение. Метод позволяет, в принципе, создавать очень тонкие, легкие, гибкие и долговечные дисплеи (с размером пикселей в 12 мкм и даже меньше), пригодные к эксплуатации в очень широком температурном диапазоне, что дает возможность монтировать их внутри защитного шлема солдата или объединять с экипировкой каким-либо другим удобным способом [NRL work; Cafaflt 2003: 5-І 1],
В исследовании и использовании магнитных наноматериалов (на-номагнетиков) важнейшей вехой стало открытие в 1988 году так называемого эффекта гигантского машитосопротивления (GMR), обусловленного тем, что при наложении магнитного поля электрическое сопротивление между тонкими слоями ферромагнитных и немагнитных материалов резко уменьшается [см., например, Goronkin et al., 1999; Koch, 1999]. Уже с 1997 гада GMR-датчики стали использоваться в производстве считывающих головок для жестких дисков, позволяя добиться значительного увеличения плотности записи. Создавая очень тонкий слой изолятора (< 2 нм) между двумя слоями ферромагнетиков, можно обеспечить очень высокие значения туннельного тока, зависящие от взаимной магнитной ориентации участков магнитного материала, что позволяет использовать так называемые магнитные туннельные переходы в качестве ячеек памяти (запоминающих элементов). Уже сейчас такие магнитные запоминающие устройства прямого доступа (magnetic random access memory, magnetic 4.1. Военные приложения HT 1 45
^^
RAM) превосходят по характеристикам существующие динамические устройства этого типа (DRAM), поскольку не требуют постоянного использования так называемой «видеопамяти» данных и сохраняют записанную информацию даже при выключении управляющей сети. Для иллюстрации ценности таких материалов можно упомянуть, что это позволит, например, мгновенно запускать компьютер без применения сложных загрузочных программ | DARPA Spintronics, 20031. Создание объемных образцов нанокомпозитных магнитных материалов позволит также организовать производство мощных постоянных магнитов, что приведет к существен ному повышению эффективности широко используемых в промышленности электромоторов и генераторов [DARPA MetaMaterials, 2003].
Объединение описанных возможностей в микроэлектронике, фо-тонике и разработке новых магнитных материалов может привести к существенному прогрессу в развитии компьютеров и коммуникационных сетей, так как эти качественно новые технологии обещают дальнейшую миниатюризацию используемых устройств с одновременным повышением их экономичности и быстродействия. Например, уже обнаружено, что углеродные нанотрубки могут выступать в качестве обычных электрических проводов, а на базе двух пересекающихся нанотрубок можно даже сформировать транзисторный переключатель.
Уже существует так называемая молекулярная электроника, в которой роль всех элементов электрической цепи (проводов, переключателей, ячеек памяти и т.д.) выполняют отдельные, специально подобранные молекулы. В связанной с этой проблемой программе DARPA отмечается, что «плотность монтажа» при использовании молекул может достигать уровня 10'-gates/см-1, а плотность записи в запоминающих устройствах достигнет IOis бит/см ' j DARPA Mole, 2003; см. также работы Chen et al., 2003, и особенно Service. 2003]. Стоит отметить, что приведенные выше значения плотности записи на четыре порядка (!) превосходят значения, достигаемые в лучших современных запоминающих устройствах, основанных на двухмерных МОП -струк турах.
Производственные процессы с использованием HT уже сейчас позволяют обеспечивать очень высокую степень миниатюризации и интеграции и собирать целые электронные системы многих типов в объемах порядка 1 мм' или меньше. Конечно, у разработчиков остается еще много проблем технического порядка, связанных, например, с питанием таких микроскопических устройств (пока не созда-
? - 1483 ff" 160 Глава 4. Потенциальные возможности военных применений HT
ны батарейки столь же малых размеров и т.д.). В некоторых случаях, когда проблему электропитания цепей удается решить новыми нестандартными способами (см. раздел 4.1.5), дальнейшее уменьшение общего объема схемы может сдерживаться другими вторичными факторами. Большие сложности связаны, в частности, с обеспечением надежной радиосвязи микроустройств друг с другом или с внешней системой управления, так как связь обычно зависит даже не столько от источников питания, сколько от наличия антенн относительно большого размера2 (например, они должны иметь длину порядка нескольких сантиметров). Подытоживая сказанное, можно утверждать, что уже сейчас вполне реальным представляется создание сложных электронных устройств и систем весом в несколько десятков грамм и размером в несколько сантиметров. Такие параметры должны позволить легко «включать», т.е. монтировать, эти устройства в личное обмундирование военнослужащего или в какое-либо оборудование обычного типа. В очень близком будущем сложнейшие электронные системы будут монтироваться не только в крупногабаритных предметах армейского оборудования (автомобили, контейнеры и т.п.), но и в самых небольших и привычных деталях снаряжения (например, в винтовках, на биноклях или даже в элементах военной формы и об мундирования).
