Om energiezuinigere clouds te creëren en Big Data sneller te verwerken, we hebben een nieuwe generatie technologieën nodig, waaronder nieuwe transistors. Maar voordat we deze toekomstige technologieën in massaproductie kunnen zetten, we hebben nieuwe technieken nodig voor prototyping onder de 30 nanometer - de grootte waar prototyping steeds moeilijker wordt. Een nanometer is 80, 000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar.

Nu 50 jaar oud, De wet van Moore heeft bijna zijn limiet bereikt. Zo is de kloksnelheid van een processor de afgelopen vijf jaar nauwelijks toegenomen, met typische werkfrequenties tussen 2-3 GHz. In aanvulling, het energieverbruik voor elektronische apparaten groeit in een duizelingwekkend tempo en volgens schattingen is dit goed voor tot 10 procent van de totale elektrische energie die in geïndustrialiseerde landen wordt opgewekt.

Om de grootte van transistors verder te verkleinen, IBM-wetenschappers onderzoeken verschillende materialen om silicium te vervangen, en verschillende transistorontwerpen, die natuurlijk grondig moeten worden getest voor massaproductie.

De huidige prototype-ontwerpen op nanoschaal worden gefabriceerd met behulp van e-beam lithografie, die een elektronenstraal gebruikt om aangepaste patronen te creëren om te testen. Maar deze apparatuur is complex, duur en minder handig.

IBM-wetenschappers hebben gewerkt aan het aanpakken van deze nadelen, en ontwikkelde een nieuwe tool geïnspireerd door hiërogliefen, de geschreven taal gecreëerd door de oude Egyptenaren. De kern van de technologie is een kleine, verwarmbare siliconen tip met een scherpe apex-100, 000 keer kleiner dan een geslepen potlood. Werkend als een 3D-printer "beitelt" het materiaal weg door lokale verdamping.

"Met onze nieuwe techniek kunnen we een zeer hoge resolutie bij 10 nanometer bereiken tegen sterk verminderde kosten en complexiteit. Met name door de hoeveelheid verdampt materiaal te beheersen, we kunnen ook 3D-reliëfpatronen produceren met de ongekende nauwkeurigheid van slechts één nanometer in verticale richting. Nu is het aan de verbeelding van wetenschappers en ingenieurs om deze techniek toe te passen op echte uitdagingen, " zei dr. Armin Knoll, een natuurkundige bij IBM Research.

Om de tool te demonstreren en het enthousiasme voor nanotechnologie te stimuleren bij een nieuwe generatie wetenschappers, IBM werkte samen met het tijdschrift National Geographic Kids om 's werelds kleinste tijdschriftomslag ooit te "beitelen". De onlangs gecertificeerde GUINNESS WORLD RECORDS-omslag is 11 × 14 micrometer - bij deze maat 2, 000 zou op een korreltje zout kunnen passen. De hoes werd onthuld op het USA Science and Engineering Festival in Washington, gelijkstroom.

De huidige e-beam-technieken kunnen de hoge resolutie van dit nieuwe gereedschap niet repliceren, en het zou enkele uren duren voordat de omslag kon worden verwerkt en afgebeeld. In aanvulling, de IBM-tool past op een tafelblad, en de patronen kunnen worden getest terwijl ze zijn geschreven voor snelle prototyping.

Wetenschappers zien toepassingen naast transistors, waaronder beveiligingstags van nanoformaat om de vervalsing van documenten zoals valuta, paspoorten en onschatbare kunstwerken en op het opkomende gebied van quantum computing. Een manier om kwantumsystemen te verbinden is via elektromagnetische straling of licht. De tip van nanoformaat kan worden gebruikt om patronen van hoge kwaliteit te creëren om licht met ongekende precisie te regelen en te manipuleren.

IBM heeft de "beitel"-technologie in licentie gegeven aan een start-up in Zwitserland, SwissLitho genaamd, die de technologie op de markt brengt onder de naam NanoFrazor. Enkele weken geleden verscheepte het bedrijf zijn eerste NanoFrazor naar de Nanotools Microfab van de McGill University in Canada, waar wetenschappers en studenten de unieke fabricagemogelijkheden van de tool zullen gebruiken om te experimenteren met ideeën voor het ontwerpen van nieuwe nano-apparaten. Om de komst van de tool te vieren, heeft de universiteit een nano-kaart van Canada gemaakt met een lengte van 30 micrometer of 0,030 millimeter.