Elektronika pro extrémní teploty

Běžné elektronické součástky fungují tím lépe, čím více jsou chlazeny. Teploty nad 80 či 100 stupňů Celsia dělají elektronice potíže a některá elektronická zařízení v důsledku přehřátí přestanou fungovat úplně. Výzkumníci z Case Western Reserve University v americkém státě Ohio vyvinuli speciální miniaturní logické přepínače a obvody, které fungují i při teplotách kolem 500 stupňů Celsia.

Technologie pracuje na principu elektromechanických nanopřepínačů. Výzkumníci se při jejím vývoji inspirovali velmi starými stroji, které vytvořil už kolem roku 1830 jeden ze zakladatelů informačních technologií matematik Charles Babbage. Pro zajímavost - jeho stroje pro výpočet tabulek matematickou funkcí byly ještě poháněny parou.

Současné tepluvzdorné elektromechanické obvody jsou samozřejmě velikostí na úrovni mikromechaniky a byly vyrobeny pomocí nanotechnologických postupů. Vědci vytvořili jednoduchý číselný převodník a při zkouškách zjistili, že součástka funguje i při teplotách kolem 500 stupňů Celsia. Důvodem vysoké odolnosti je fakt, že pracuje na elektromechanické bázi a hlavním konstrukčním materiálem je tepelně vysoce odolný karbid křemíku. Ten také dobře odolává záření. Samotné přepínače vypadají jako drobné páčky, které svými fyzickými kontakty spínají elektrické obvody a zapínají či vypínají odpovídající proudy. Přepínače jsou schopné půl milionu přepnutí za sekundu, jejich životnost je ale zatím omezená. Z neznámých příčin tento systém přestane fungovat po dosažení hranice 2 miliard přepínacích cyklů.

Systém nanopáček byl vyroben pomocí elektronové litografie. Paprsek elektronů v rámci přesně určených geometrických vzorců ostřeluje desku a poté je materiál odleptán. Takto vyrobené mechanické nanopřepínače mají rozměr pouhých několika stovek nanometrů. Kdyby se touto technologií podařilo vytvořit mikrokontroléry nebo celé počítače, fungovaly by i v extrémních podmínkách, jaké nastávají například v blízkosti trysek proudových a raketových motorů, uvnitř vrtných souprav nebo třeba na planetě Merkur na její ke Slunci přivrácené straně.

Cílem výzkumníků tedy je na tomto principu vyvinout plnohodnotné a mnohem trvanlivější výpočetní jednotky a paměti a z jejich kombinace pak tvořit standardní počítače. Tento výzkumný úkol je financován agenturou DARPA.

Standardní polovodičové tranzistory mají tu výhodu, že neobsahují pohyblivé mechanické části - pohybují se v nich jen elektrony. Ale i speciální tepluvzdorné typy přestávají fungovat při teplotách nad 250 stupňů Celsia. Teplo totiž naruší jejich funkční integritu, elektrony v tranzistorech pak už netečou, kam mají.