Wie Nanotechnologie die Informations- und Kommunikationstechnologie revolutioniert

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Die Informations- und Kommunikationstechnologie ist ein wichtiger und schnell wachsender Industriezweig mit einer hohen Innovationsrate. Durch den Übergang von der traditionellen zur nanotechnologischen Elektronik wurden enorme Fortschritte erzielt. Die Nanotechnologie hat einen enormen Wandel in der Informations- und Kommunikationstechnologie herbeigeführt.

Durchbruchsbereiche

Der Durchbruch in der Informations- und Kommunikationstechnologie durch die Nanotechnologie kann in zwei Schritten erfolgen. Der erste Schritt ist ein Top-Down-Miniaturisierungsansatz, der konventionelle Mikrostrukturen über die Grenze zur Nanotechnologie hinausführen wird. Zweitens wird auf längere Sicht eine Bottom-up-Nanoelektronik und Nanosystemtechnik entstehen, die Technologien wie Selbstorganisationsprozesse zum Aufbau von Schaltkreisen und Systemen nutzt.

Entwicklungen

Es werden Entwicklungen zu hochintegrierter (Opto-)Elektronik in Kombination mit leistungsstarker drahtloser Technologie als preisgünstige Massenprodukte, zur Ultraminiaturisierung, zum Design innovativer Sensoren, zur Produktion billiger und leistungsstarker polytronischer Schaltkreise, zu neuartigen Systemarchitekturen unter Verwendung von Nanotechnologie für zukünftiges DNA-Computing, das eine Schnittstelle zu biochemischen Prozessen darstellt, und zu Quantencomputing, das Probleme lösen kann, für die es keine effizienten klassischen Algorithmen gibt, entwickelt. Aufgrund der Entwicklung nanoelektronischer Komponenten entsteht Quantenkryptographie für militärische und nachrichtendienstliche Anwendungen.

Speicherplatz

Vor dem Aufkommen der Nanotechnologie basierte die Speicherspeicherung auf Transistoren. Heutzutage werden rekonfigurierbare Arrays für die Speicherung großer Datenmengen auf kleinem Raum entwickelt. Beispielsweise können wir in naher Zukunft mit der Einführung magnetischer RAMs und resonanter Tunnelelemente in logischen Schaltkreisen rechnen. Jedes einzelne Nanobit eines Speichergeräts wird zum Speichern von Informationen verwendet. Zum Einsatz kommt molekulare Elektronik auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren oder organischen Makromolekülen.

Halbleiter

Nanoverstärkung und Chip-Einbettung werden zum Bau von Halbleiterbauelementen verwendet, die sogar den elektrischen Fluss aufrechterhalten und neutralisieren können. Um die Größe der Prozessoren zu reduzieren, werden in den Siliziumchips integrierte Nanoschaltkreise eingesetzt. Mittelfristig erfolgversprechende Ansätze sind z.B. schnelle Single-Flux-Quantenlogik (RSFQ) oder Einzelelektronentransistoren.

Anzeige- und Audiogeräte

Bildqualität und Auflösung von Anzeigegeräten wurden mithilfe der Nanotechnologie verbessert. Durch die Nanopixelung dieser Geräte wirkt das Bild echt. In ähnlicher Weise wurde die Frequenzmodulation in Audiogeräten auf das Milliardstel Bit von Signalen digitalisiert.

Datenverarbeitung und -übermittlung

Im Bereich der Datenverarbeitung und -übertragung wird erwartet, dass die Entwicklung elektronischer, optischer und optoelektronischer Komponenten zu geringeren Kosten oder präziseren Prozessen im Bereich der Fertigungstechnik führt. Die Entwicklung nanoskaliger Logik- und Speicherkomponenten erfolgt für die derzeit vorherrschende CMOS-Technologie unter Verwendung von Quantenpunkten und Kohlenstoffnanoröhren. Photonische Kristalle haben das Potenzial, in rein optischen Schaltkreisen als Grundlage für die zukünftige Informationsverarbeitung ausschließlich auf Lichtbasis (Photonik) eingesetzt zu werden. In der molekularen Elektronik können mithilfe der Nanotechnologie elektronische Komponenten mit neuen Eigenschaften auf atomarer Ebene zusammengebaut werden, mit Vorteilen wie einer potenziell hohen Packungsdichte. Mit der Nanotechnologie sind kleinere, schnellere und bessere Komponenten auf Basis quantenmechanischer Effekte, neue Architekturen und ein neues biochemisches Rechenkonzept namens DNA-Computing möglich. Das neue Phänomen, das als „Quanten-Mirage“-Effekt bezeichnet wird, könnte die Datenübertragung innerhalb künftiger nanoskaliger elektronischer Schaltkreise ermöglichen, die für die Verwendung von Drähten zu klein sind.

Zukünftige Bereiche der Nanotechnologie

Die Nanotechnologie ist die nächste industrielle Revolution und wird die Telekommunikationsbranche in Zukunft radikal verändern. Die Nanotechnologie hat die Telekommunikations-, Computer- und Netzwerkbranche revolutioniert. Die aufkommenden Innovationstechnologien sind:

*Nanomaterialien mit neuartigen optischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften

*Schnellere und kleinere, nicht auf Silizium basierende Chipsätze, Speicher und Prozessoren

*Computer der neuen Wissenschaft basierend auf Quantencomputing

*Fortschrittliche Mikroskopie- und Fertigungssysteme

*Schnellere und kleinere Telekommunikationsschalter, einschließlich optischer Schalter

*Übertragungsphänomene mit höherer Geschwindigkeit basierend auf Plasmonik und anderen Phänomenen auf Quantenebene

* Nanoskalige MEMS:mikroelektromechanische Systeme