نانو أيونية

تُعرَّف النانو أيونية بشكلٍ لا لبس فيه، كونها فرعًا لعلم النانو وتكنولوجيا النانو، من خلال كائناتها الخاصة (البنية النانوية مع تطبيق خاصية النقل الأيوني السريع)، والتوابع (الخصائص، والظواهر، والتأثيرات، وآليات العمليات، والتطبيقات المرتبطة بالنقل الأيوني السريع على مقياس النانو)، والطريقة (تصميم الواجهة  في النظم النانوية للموصلات الفائقة التأين)، والمعيار (R/L ~1، حيث R هو مقياس طول هيكل الجهاز، وL هو الطول المميز الذي تتغير فيه الخصائص والمميزات والبارامترات الأخرى المرتبطة بالنقل الأيوني السريع بشكل كبير).

تربط خارطة طريق التكنولوجيا الدولية لأشباه الموصلات (آي تي آر إس) ذواكر تبديل المقاومة القائمة على النانو أيونية إلى فئة «أجهزة البحث الناشئة» («الذاكرة الأيونية»). قد تُسمى منطقة التقاطع الوثيق للإلكترونيات النانوية والنانو أيونية «الإلكترونيات النانو أيونية». الآن، تُشكَّل رؤية الإلكترونيات النانوية المستقبلية المقيدة فقط من خلال الحدود النهائية الأساسية في الأبحاث المتقدمة.[10][11][12][13] تُعد الحدود الفيزيائية الأخيرة للحساب[14] أبعد بكثير من المنطقة التي حُققت حاليًا (10¹⁰ سم^-2، 10¹⁰ هرتز). كان السؤال عن نوع المبدّلات المنطقية التي يمكن استخدامها عند إجراء التكامل بين ما يقارب النانومتر وجزء من النانومتر في مجال بيتا هو الموضوع المطروح بالفعل،[15] بينما لم يُستخدم مصطلح «الإلكترونيات النانو أيونية» بعد.[16] تعمل ميكانيكا الكم على تقييد التكوينات الإلكترونية المميزة بواسطة التأثير النفقي في مجال تيرا. للتغلب على حد كثافة البت البالغ 10¹² سم^-2، يجب استخدام التكوينات الذرية والأيونية التي تحقق شرط البعد المميز L <2 نانومتر في مجال المعلومات والمواد ذات الكتلة الفعالة من حاملات المعلومات *m الأكبر بكثير من تلك الإلكترونية المطلوبة:

m* =13 m_e at L =1 nm, m* =53 m_e (L =0,5 nm) and m* =336 m_e (L =0,2 nm).

قد تعتمد الأجهزة صغيرة الحجم المستقبلية النانو أيونية على النقل الأيوني السريع في مقياس النانو، كما ذُكر في البداية.[1]

من الأمثلة على الأجهزة النانو أيونية المكثفاتُ الفائقة ذات الحالة الصلبة المرتبطة بالنقل الأيوني السريع في الوصلات الوظيفية المتغايرة (المكثفات الفائقة النانو أيونية)، وبطاريات الليثيوم وخلايا الوقود بأقطاب نانوية، ومبدّلات نانوية بموصلات مُكمّمة على أساس موصلات أيونية سريعة. هذه الأجهزة متوافقة بشكلٍ جيد مع الإلكترونيات النانوية ذات الجهد الفرعي والجهد الفرعي العميق ويمكنها اكتشاف تطبيقات واسعة لها، مثل تطبيقات مصادر الطاقة الصغيرة المستقلة، وتحديد الهوية بموجات الراديو، والنظم الكهروميكانيكية الصغرى (الميمس)، والغبار الذكي، والخلايا النانوية، والنظم الدقيقة والنانوية الأخرى، ومصفوفات خلية الذاكرة القابلة لإعادة التشكيل.[17][18][19][20][21]

إحدى الحالات المهمة للتوصيل الأيوني السريع في الحالات الصلبة هي تلك الموجودة في طبقة الشحنة الحيزية للبلورات الأيونية. تنبأ كورت ليهوفيك بهذه الموصلية لأول مرة. اكتُشف دور مهم لشروط وضع الحدود في ما يتعلق بالموصلية الأيونية لأول مرة بواسطة سي. سي. ليانغ، الذي وجد التوصيل عالي المستوى بشكلٍ غير مألوف في نظام LII-Al2O3 ثنائي الطور. نظرًا إلى أن طبقة الشحنة الحيزية ذات الخصائص المحددة تكون بثخانة نانومتر، فإن التأثير مرتبط مباشرةً بالنانو أيونية (نظم النانو أيونية الأولى). أصبح مفهوم ليهوفيك أساسًا لإنشاء العديد من الموصلات الأيونية السريعة ذات البنية النانوية التي تُستخدم في بطاريات الليثيوم المحمولة الحديثة وخلايا الوقود. في الآونة الأخيرة، طُور نهج ديناميكي ذو بنية أحادية البُعد في الأنظمة النانوية للحصول على وصف مفصل لعمليات تكوين الشحنة الحيزية وعمليات التراخي في تصريف الجهد غير المنتظم (معالجة مباشرة) وتفسير خصائص الأنظمة النانوية مع النقل الأيوني السريع (معالجة عكسية)، على سبيل المثال، لوصف ظاهرة جماعية: النقل الأيوني المزدوج وعمليات الاستقطاب الكهربائي التي تؤدي إلى الاستجابة الديناميكية «الشاملة» التابعة لـ إيه. كي. جونشر.[22][23][24][25][26]

• بوابة تقانة