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原子尺度的制造将引发电子产业革命

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 加拿大阿尔伯塔大学的科学家利用机器学习将原子尺度的制造完善并自动化,这项前所未有的进步,为大规模生产比人们现今使用设备更快、更小、更环保的新型电子产品铺平了道路。它可以使智能手机在两次充电间工作数月,可以使计算机速度快上百倍,但使用的能量少一千倍。相关研究成果在线发表在5月23日的《美国化学学会纳米》(ACS Nano)杂志上。

阿大研究团队开发的下一代电路解决了当前电子设备两个最大问题:制造它们的能源使用和资源消耗。尽管现代集成电路在过去30年里使计算机更快、更小、更便宜,但它们正迅速接近物理上的可能极限。一些估计预测,如果人们继续保持目前的能源消费习惯,信息和通信技术产业到2025年将消耗全球20%的能源,占全球碳排放量的5%以上。

这一突破是世界各地科学家数十年研究成果的结晶,目的是为推动原子尺度、低功耗电子产品的发展创造解决方案。将制造过程缩小到原子尺度,可以产生一种新型电路,它使用电力要少很多,需要更少原材料,这对经济和环境都是有利的。

过去几年中,科学家们克服在如此小范围内工作所带来的诸多障碍方面取得了稳步进展。2006年,研究团队创造了世界上最尖锐物体——钨显微镜尖端达到一个原子的宽度,使研究人员能够在原子尺度水平可视化并对材料进行操作。三年后,他们创造出史上最小量子点——单个硅原子可以控制单个电子,为生产超低功耗电路铺平道路。去年,该团队找到一种方法修复硅芯片上的原子级印刷错误,该错误会阻止超小型电路工作。

下一步是使生产过程自动化。研究人员成功训练一个人工智能系统来识别和修复用于制造原子尺度电路的精密显微镜。通过教授一种基于人工智能的“神经网络”系统让它知道当一个原子显微镜尖端在印刷过程中被钝化时再次将其锐化为单个原子,研究团队找到了更快、更准确大规模生产的关键。

研究人员称,在这么小范围内进行制造,可以创造出传统技术根本无法做到的全新功能,将其与实际生产结合起来将会改变电子产业游戏规则,原子尺度的制造和大规模生产将成为可能。

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