Nanoionică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Nanoionica [1] este studiul și aplicarea fenomenelor, proprietăților, efectelor mecanismelor proceselor asociate cu transportul rapid al ionilor (FIT, transport rapid de ioni) în sisteme de nano-scară toate starea solidă. Subiectele de interes includ proprietățile fundamentale ale ceramicii oxidice la scări de lungime nanometrică și conductorul rapid de ioni (conductor superionic avansat ) / heterostructurile conductoarelor electronice. Aplicațiile potențiale sunt în dispozitivele electrochimice (dispozitive electrice cu strat dublu ) pentru conversia și stocarea de energie , încărcare și informații. Termenul și conceptul de nanoionică (ca o nouă ramură a științei) au fost introduse pentru prima dată de AL Despotuli și VI Nikolaichik (Institutul de tehnologie microelectronică și materiale extrem de pure, Academia Rusă de Științe, Chernogolovka) în ianuarie 1992 [1] .

Există două clase de nanosisteme ionice în stare solidă și două nanoionice fundamental diferite: (I) nanosistemele pe bază solidă cu conductivitate ionică scăzută și (II) nanosistemele bazate pe conductori superionici avansați (alfa- AgI , familia iodurilor de argint și rubidiu etc.). Acesta din urmă a fost propus de Nanoionica conductorilor superionici avansați [2] . Nanoionics I și Nanoionics II diferă unul de celălalt prin designul interfeței. Rolul granițelor în nanoionica I este crearea condițiilor de concentrații ridicate de defecte încărcate (goluri și interstiții) într-un strat dezordonat încărcat în spațiu. Dar în nanoionica II este necesar să se păstreze structurile originale de cristal ionic extrem de conductoare ale conductoarelor superionice avansate la limitele hetero ordonate (comparate cu rețele). Nanoionic I este capabil să îmbunătățească semnificativ (până la ~ 10 de 8 ori) îmbunătățirea conductivității ionice asemănătoare 2D în materiale nanostructurate coerente din punct de vedere structural [3], dar rămâne în continuare de ~ 10 de 3 ori mai mică decât conductivitatea ionică 3D a conductoarelor superionice avansate.

Viziunea enciclopedică a nanoionicii este, de asemenea, oferită de scurtul articol Nanoionica - Perspective prezente și viitoare . [4]

Caracteristici

Fiind o ramură a științei și nanotehnologiei , nanoionica este definită fără echivoc prin intermediul propriilor obiecte (nanostructuri de transport rapid de ioni - FIT), teme (proprietăți, fenomene, efecte, mecanisme de proces și aplicații legate de FIT la nano-scară), metodă ( proiectarea interfeței în nanosistemele de conductori superionici) și criteriul (R / L ~ 1, unde R este nanodimensionarea (-i) a structurii dispozitivului, iar L este lungimea caracteristică pe care proprietățile, caracteristicile și alți parametri (conectați cu FIT) schimbați drastic.

Foaia de parcurs tehnologică internațională pentru semiconductori (ITRS), se referă la memoriile de comutare rezistive bazate pe nanoionică pentru categoria „dispozitive de cercetare emergente” („memorie ionică”). Zona de intersecție strânsă între nanoelectronică și nanoionică poate fi numită nanoelionică. Acum, în domeniul cercetării avansate, viziunea nanoelectronicii viitorului este formată exclusiv de limitele extreme fundamentale. [5] [6] [7] [8] Limitele fizice extreme pentru calcul [9] sunt foarte departe de a ajunge la regiunea „10 10 cm -2 -10 10 Hz”. Ce fel de comutatoare logice ar putea fi utilizate pentru integrarea la scară nano și sub-nano-scară peta? Problema a fost deja discutată în Limitele fizice ale integrării ... , [10] unde termenul „nanoelectronică” [11] nu a fost încă folosit. Mecanica cuantică forțează configurațiile electronice care se disting prin efectul tunelului la scara tera. Pentru a depăși limita de densitate de 10 12 cm −2 biți, ar trebui utilizate configurații atomice și ionice cu dimensiuni caracteristice de L <2 nm în domeniul informației și sunt necesari mult mai mulți m * vectori în materialele cu o masă eficientă de informații. mare dintre cele electronice: m * = 13 m și la L = 1 nm, m * = 53 m e (L = 0,5 nm) și m * = 336 m e (L = 0,2 nm). [8] Viitoarele dispozitive la scară mică pot fi nanoionice, adică bazate pe transportul rapid de ioni din gama nanoescală , așa cum a fost stabilit pentru prima dată în Un pas către nanoionică [1] .

Exemple

Exemple de dispozitive nanoionice sunt supercondensatorii cu stare solidă completă cu transport rapid de ioni la heterojuncții funcționale ( supercondensatori nanoionici ), [2] [12] baterii cu litiu și celule de combustibil cu electrozi nanostructurați, [13] nano-comutatoare cu conductivitate cuantificată pe baza vitezei rapide conductori ionici [14] [15] (vezi și celula de metalizare programabilă ). Acestea sunt bine compatibile cu nanoelectronica subtensiune și subtensiune profundă (vezi http://www.nanometer.ru/2008/02/08/nanoelektronika_5900.html ) și ar putea găsi aplicații largi, de ex. în energie microfonti autonome, RFID , MEMS , smartdust , celulă nanomorfică , alte microsisteme și nanosisteme sau aparate de celule de memorie reconfigurabile ( pentru stocarea datelor computerului ).

Un caz important de conducere rapidă a ionilor în stări solide este cel din stratul de încărcare spațial al suprafeței cristalelor ionice. O astfel de conducere a fost prevăzută de Kurt Lehovec . [16] Un rol semnificativ al condițiilor limită în ceea ce privește conductivitatea ionilor a fost descoperit experimental de CC Liang [17], care a găsit o conducere anomală ridicată în sistemul bifazic al LiI-Al 2 O 3 . Deoarece un strat încărcat în spațiu cu proprietăți specifice are o grosime de un nanometru, efectul este direct legat de nanoionică (nanoionica I). Efectul Lehovec [2] a devenit baza pentru crearea unei multitudini de conductoare ionice rapide nanostructurate, utilizate în bateriile portabile moderne de litiu și în pilele de combustibil .

Notă

  1. ^ a b c ( EN ) AL Despotuli, Nikolaichic VI, Un pas către nanoionică , în Solid State Ionics , vol. 60, 1993, pp. 275-278, DOI : 10.1016 / 0167-2738 (93) 90005-N .
  2. ^ a b ( EN ) AL Despotuli, Andreeva, AV; Rambabu, B., Nanoionica conductorilor superionici avansați , în Ionics , vol. 11, 2005, pp. 306-314, DOI : 10.1007 / BF02430394 .
  3. ^ (EN) J. Garcia-Barriocanal, Rivera-Calzada A.; Varela M.; Sefrioui Z.; Iborra E.; Leon C.; Pennycook SJ; Santamaria1 J., Conductivitate ionică colosală la interfețele heterostructurilor epitaxiale ZrO 2 : Y 2 O 3 / SrTiO 3 , în Știință , vol. 321, 2008, pp. 676–680, DOI : 10.1126 / science.1156393 , PMID 18669859 .
  4. ^ (EN) S. Yamaguchi, Nanoionics - Prezent și perspective viitoare , în Știința și tehnologia materialelor avansate, vol. 8, 2007, pp. 503 (descărcare gratuită), DOI : 10.1016 / j.stam.2007.10.002 .
  5. ^ (EN) RK Cavin, Zhirnov VV, Abstracții de dispozitive generice pentru tehnologii de prelucrare a informațiilor , în electronică în stare solidă, vol. 50, 2006, pp. 520-526, DOI : 10.1016 / j.sse.2006.03.027 .
  6. ^ ( EN ) GF Cerofolini, Limite realiste la calcul. I. Limite fizice , în Appl. Fizic. A , vol. 86, 2007, pp. 23-29, DOI : 10.1007 / s00339-006-3670-5 .
  7. ^ ( EN ) GF Cerofolini, Molecular electronic in silico , in Appl. Fizic. A , vol. 91, 2008, pp. 181-210, DOI : 10.1007 / s00339-008-4415-4 .
  8. ^ a b ( EN ) VV Zhirnov, Cavin RK, Dispozitive nanoelectronice de cercetare emergente: alegerea purtătorului de informații , în ECS Transactions , vol. 11, 2007, pp. 17-28, DOI : 10.1149 / 1.2778363 .
  9. ^ (EN) S. Lloyd, Limite fizice finale la calcul , în Nature, vol. 406, 2000, pp. 1047-1054, DOI : 10.1038 / 35023282 .
  10. ^ ( EN ) A. Chiabrera, Zitti E. Di.; Costa F.; Bisio GM, Limite fizice ale integrării și procesării informațiilor în sisteme moleculare , în J. Phys. D: Apl. Fizic. , vol. 22, 1989, pp. 1571–1579, DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 22/11/001 .
  11. ^ (EN) RT Bate, Aj, Reed MA; Frensley WR; Dickson, Aj, Nanoelectronics (în rept tehnic final. Autor corporativ: TEXAS INSTRUMENTS INC DALLAS) , august 1987, PMID = (arhivat din original la 20 mai 2011) .
  12. ^ (EN) AL Despotuli, Andreeva AV, condensatori de mare valoare pentru nanoelectronică 0,5-V, în Modern Electronics, vol. 7, 2007, pp. 24-29. Rusă: Copie arhivată , pe soel.ru. Adus la 13 octombrie 2007 (arhivat din original la 5 noiembrie 2007) . Traducere în engleză: [1]
  13. ^ (EN) J. Maier, Nanoionics: transportul și stocarea ionilor în sisteme electrochimice limitate , în Nature Materials , vol. 4, 2005, pp. 805–815, DOI : 10.1038 / nmat1513 .
  14. ^ (EN) Nu Banno, Sakamoto, T.; Iguchi, N.; Kawaura, H.; Kaeriyama, S.; Mizuno, M.; Terabe, K.; Hasegawa, T.; Aono, M., Comutator de nanometri solid-electroliți , în IEICE Transactions on Electronics , E89-C (11), 2006, pp. 1492–1498, DOI : 10.1093 / ietele / e89-c.11.1492 .
  15. ^ (EN) R. Waser, Aono, M., Memorii de comutare rezistivă bazate pe nanoionică , în Nature Materials , vol. 6, 2007, pp. 833–840, DOI : 10.1038 / nmat2023 .
  16. ^ ( EN ) K. Lehovec, Stratul de încărcare spațială și distribuția defectelor de rețea la suprafața cristalelor ionice , în Journal of Chemical Physics , vol. 21, 1953, pp. 1123-1128, DOI : 10.1063 / 1.1699148 .
  17. ^ (EN) Liang, DC, Caracteristicile de conducere ale electroliților solizi ai oxidului de aluminiu cu iod de litiu , în J. Electrochem. Soc. , Vol. 120, 1973, pp. 1289–1292 , DOI : 10.1149 / 1.2403248 .

Elemente conexe

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanoionics&oldid=120622787 ”