4.4 Криоелектроніка

Криогенна^: електроніка, чи криоелектроніка,— одна з нових і перспективних галузей науки. Досліджує явища, що відбуваються у твердому тілі при низьких температурах, і практичне застосування отриманих результатів у різних галузях радіоелектроніки,

До криогенних температур відносять температури в межах 20...0 К. Опір будь-якого металу при пониженні температури падає. У деяких металах і сплавах: при температурі близько 20 К і нижче опір падає до нуля. Такі матеріали називаються надпровідниками. В даний час надпровідність удалося знайти приблизно в двадцяти елементів (зокрема, свинцю, ртуті, алюмінію, телуру), багатьох металевих сплавів (сплави свинцю з золотом), а також в інших з'єднань, що містять неметали (сульфіду, міді, карбіду, молібдену й ін.). Якщо в кільце зі зверхпровідного матеріалу ввести струм, то він буде присутній у ньому дуже довго (протягом багатьох місяців і навіть років). Це пояснюється тим, що електрони проходять через матеріал, що знаходиться у зверхпровідному стані, без втрат енергії. Відомо також, що надпровідник характеризується нульовою магнітною індукцією. Якщо матеріал стає зверхпровідним, то він як би виштовхує будь-яке наведене в ньому магнітне поле, а повний магнітний потік, що охоплює зверхпровідну ціль, змінитися не може. Використання низьких температур дозволяє домогтися кінетичної упорядкованості (упорядкованості руху) носіїв заряду, звести до мінімуму теплову хаотичність коливальних рухів атомів у кристалічних ґратах твердого тіла, тобто в значній мірі зменшити рівень флуктуаційних власних шумів відповідних приладів. Тим самим використання криогенних температур дозволило значно поліпшити технічні і економічні параметри електронних пристроїв, у тому числі й в обчислювальній техніці.

4.5 Хемотроніка

Хемотроніка як новий науково-технічний напрямок виникло на стику електрохімії й електроніки. Це наука про побудову різноманітних електрохімічних приладів на основі явища, зв'язаних із проходженням струму в рідких тілах з іонною провідністю.

Дослідження показали, що рідинні системи мають ряд важливих переваг перед системами на основі твердих тіл. До основних переваг рідинних (електролітичних) приладів варто віднести: низькі робочі напруги (до 1 В) і малі струми (мікроампери), що дозволяє створювати дуже економічні прилади; поява нелінійності характеристик при малих прикладених напругах (0,05...0,005 В), що дозволяє досягти високої чутливості нелінійних перетворювачів; протікання фізико-хімічних процесів у тонкому шарі (одиниці мікрометрів), що дає можливість створювати мікромініатюрні елементи схем. Разом з тим варто враховувати, що невелика рухливість (порядку

5 • 10 ~⁴ М²/(В • с)) значно обмежує зверх робочий частотний діапазон цих приладів (/ «0...1 Кгц).

В даний час запропоновано велике число різних хемотронних приладів і пристроїв: керовані опори, крапкові і площинні електрохімічні діоди і транзистори, інтегратори, блоки пам'яті ЕОМ, каскади посилення постійного струму й ін. Спільність механізму роботи хемотронних приладів і електрохімічних механізмів сприйняття, перетворення і збереження інформації в складних системах живих організмів (у тому числі й у нейронах людського мозку) дозволяє розраховувати на створення в майбутньому на рідинній основі біоперетворювачів інформації — своєрідних моделей людського інтелекту.

З різноманітних технічних засобів хемотроніки найбільший інтерес представляють керовані опори і запам'ятовуючі пристрої.

Принцип дії хемотронної комірки пам'яті ілюструє мал. 4.8.

Малюнок 4.8. Хемотронна комірка пам'яті:I — пластинчасті електроди з золота чи платини; 2 — епоксидне ізолююче покрття; 3 — міжелектродний зазор; 4 — мідний електрод

У герметичному пластмасовому корпусі розташовані два пластинчастих електроди 1 з золота чи платини. Електроди з внутрішньої сторони ізольовані епоксидним покриттям 2, за винятком вузького зазору 3, ширина якого не повинна перевищувати 0,1 мм. На протилежній стінці осередку напроти зазору розташований мідний електрод 4. Відстань між цим електродом і пластинчастими електродами 1 складає приблизно 0,5 мм. Опір між електродами /залежить від наявності розчину електроліту в зазорі 3. Якщо зазор заповнений розчином, то цей опір великий. При подачі на електроди 1 напруги, негативного щодо електрода 4, останній починає розчинятися, і в зазорі 3 відбувається відкладення міді. Через якийсь час (час запису) зазор між електродами / буде замкнутий обложеною міддю й опір між ними різко знизиться через високу провідність міді. Якщо ж на електроди / подати позитивну напругу, щодо електрода 4, то відкладена в зазорі мідь розчиняється й осередок повертається в колишній стан. Таким чином, осередок має два стійких стани, що дозволяють записувати інформацію в двійковому коді.