Получение композиционных материалов с использованием фотохромных и светоизлучающих соединений и применение многослойных структур на их основе в устройствах хранения и обработки информации
Скачать 0.85 Mb.
|
| На правах рукописи ГРЕБЕННИКОВ ЕВГЕНИЙ ПЕТРОВИЧ ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФОТОХРОМНЫХ И СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ В УСТРОЙСТВАХ ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ Специальность 05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2010 г. Работа выполнена в Отделе нейросетевых технологий Открытого акционерного общества «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш» (ОАО «ЦНИТИ «Техномаш»).
Защита состоится «16» декабря 2010 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.132.03 в ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (121108 Москва, ул.Ивана Франко, д.4). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». Автореферат разослан « » 2010 г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент Сахно Э.А. Общая характеристика работыАктуальность темыГосударственные программы и исследовательские планы частных компаний промышленно развитых стран направлены на создание элементной базы информационных систем путем применения новых фотоуправляемых функциональных материалов, конструктивных принципов, системотехнических решений и технологических методов. Ожидается, что оптические методы, реализуемые с использованием таких материалов, позволят на порядки повысить производительность, упростить решение проблем параллельной обработки информации и создания трехмерных функциональных структур для нейросетевой обработки информации, трехмерной (3D) оптической памяти и др. Речь идет не столько о радикальном улучшении параметров существующих типов приборов, сколько о создании принципиально новых устройств, способных реализовать рекордные быстродействие и уровень интеграции элементов, создать новые архитектуры высокопроизводительных систем, а также устройства хранения информации большой емкости. Реализация нейросетевых технологий в микроэлектронике осложнена применением проводников для создания межэлементных соединений, что в случае систем с большим числом нейронов ведет к задержкам в линиях связи и снижению быстродействия нейронных сетей, уменьшению плотности связей между нейронами обратно пропорционально квадрату расстояния. Применение полимерных пленок, содержащих уникальный биомолекулярный фотохром – бактериородопсин (БР) в составе многослойных структур, позволяет осуществлять основные нейросетевые операции оптическим способом, без проводников и промежуточных оптоэлектронных преобразований, и соединять нейроны в трехмерном пространстве, что обеспечивает высокую интеграцию элементов, скорость преобразования и передачи информации. Светочувствительный белок БР характеризуется упорядоченным расположением молекул, будучи встроенным в полимерные пленки толщиной от 5 нм (монослой) до десятков мкм, сохраняет свои свойства в течение длительного времени (>15 лет). БР-содержащие полимерные пленки ведут себя как фотохромные материалы и характеризуются рекордной цикличностью (>106) и высоким оптическим разрешением (≈5000 лин/мм). Многослойные структуры, включающие слои на основе БР, перспективны для создания компонентов информационных систем, используемых в качестве пространственно-временных модуляторов света, в устройствах для записи динамических голограмм, хранения и отображения, нейросетевой обработки информации. Одной из значительных проблем является создание оптической памяти, обеспечивающей увеличение быстродействия и информационной емкости. В применяемых носителях (CD, DVD, BluRay дисках) запись-стирание информации осуществляются за счет изменения локальных оптических свойств среды при фазовом переходе вещества в результате локального нагрева. Очевидно, что построение действительно трехмерного многослойного оптического диска на тепловом фазовом переходе невозможно из-за поглощения оптического излучения в вышележащих слоях. Решением данной проблемы является использование иных физических принципов, в частности, обусловленных фотоиндуцированным изменением (обратимым и необратимым) оптических свойств (преломления, спектров поглощения, пропускания, флуоресценции) ряда соединений под воздействием света с определенной длиной волны. При этом могут быть реализованы двухфотонные механизмы записи и считывания. В этом случае изменение оптических свойств материала происходит только при достижении определенной пороговой плотности мощности излучения, при меньших плотностях свет проходит через фоточувствительный материал без изменения его свойств. Таким образом, обеспечивается возможность многократного увеличения количества функциональных слоев и информационной емкости устройств оптической памяти. В ходе решения задачи совершенствования функциональных композиционных материалов, пригодных для применения в информационных устройствах, рассмотрены проблемы синтеза гибридных наноструктур и системотехнического применения свойственных им физических процессов. Исследовались возможности управления усилением или подавлением люминесценции флуорофорных соединений, квантовым выходом фотореакции и временем жизни спектральных интермедиатов БР в зависимости от расстояния между функциональной молекулой и нанообъектом. Исследования нелинейных оптических эффектов в наноматериалах и явлений поверхностно-плазмонного резонанса в коллоидных металлических наночастицах ведут Институт Общей Физики РАН, Центр фотохимии РАН, Физический Институт РАН, Институт Спектроскопии РАН, Институт Проблем Физической химии РАН, Институт Химической Физики РАН, МГУ им. М.В.Ломоносова и др. Разработку 3D оптической памяти ведут крупнейшие зарубежные фирмы, например, Call/Recall Corporation (USA), Japan Science and Technology Corporation (Japan) и др. Для записи информации используются фотохромные, а также необратимые фотопревращения органических систем, сопровождающиеся изменением поглощения, отражательной способности, флуоресценции, показателя преломления. Однако, несмотря на интенсивную разработку, фоточувствительные регистрирующие среды для трехмерной оптической памяти, в полной мере удовлетворяющие условиям применения, до сих пор не созданы. Исследованиям в области разработки нейросетевых технологий посвящены работы Я.З.Цыпкина, А.И.Галушкина, Н.Н.Евтихиева, А.Н. Бубенникова и др., а исследованию БР-содержащих сред и их техническому применению – Ю.А.Овчинникова, В.П.Скулачева, Н.Н.Всеволодова, Н. Хампа, Р.Р.Берча. В указанных работах, по понятным причинам, не представлены материалы, методы получения и технические решения по построению в одном конструктиве планарных оптических волноводных многослойных структур со встроенными элементами интегральной оптики, включающих слои на основе БР или синтетических органических фотохромов, или слои, содержащие хромоны и флуоресцирующие продукты фотоперегруппировки хромонов, или слои, содержащие гибридные наноструктуры с использованием полупроводниковых и металлических наночастиц. Не рассмотрены вопросы применения таких конструкций для создания 3D многослойных оптических носителей информации, нейросетевых технологий и др. компонентов информационных систем, а также возможность отхода от традиционных технологий интегральной оптики, связанных с условиями вакуума и высоких температур. Таким образом, исследования в области разработки технологий и оборудования для получения композиционных материалов с использованием фотохромных и светоизлучающих соединений и применение многослойных структур на их основе в устройствах хранения и обработки информации актуальны и соответствуют передовым направлениям развития материалов и элементной базы приборов электронной техники нового поколения. |
Похожие:
 | Региональный центр обработки информации (рцои) информирует вас о возможностях подготовки выпускников IX и XI (XII) классов образовательных... | | Федеральным законом от 27. 07. 2006 №149-фз «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» |
 | Характеристика существующей организации обработки информации аналогичных задач. 5 | | Техническая инвентаризация это система сбора, обработки, хранения и выдачи информации о наличии, составе, местоположении и техническом... |
| Электронное строение и свойства кислородсодержащих комплексных соединений и оксидных структур | | Приемка и учет экзаменационных материалов, не подлежащих автоматизированной обработке в рцои (ппои) 14 |
| Органы внутренних дел осуществляют контроль за соблюдением установленных правил приобретения, хранения и перевозки взрывчатых материалов,... | | Порядок, правила (способы) регистрации, обработки, хранения и архивирования документов системы ведения реестра владельцев именных... |
| Порядок представления, обращения, хранения и обработки информации ограниченного доступа, не содержащей сведений, составляющих государственную... | | Порядок представления, обращения, хранения и обработки информации ограниченного доступа, не содержащей сведений, составляющих государственную... |