Кіріспе
Наноионика - барлық қатты күйдегі наноөлшедегі жүйелерде жылдам ион тасымалымен (FIT) байланысты құбылыстарды, қасиеттерді, әсерлерді, әдістерді және процестердің механизмдерін зерттеу және қолдану. Қызығушылық тудыратын тақырыптарға нанометрлік ұзындық масштабта оксид керамикасының негізгі қасиеттері және жылдам иондық өткізгіш (жетілдірілген супериондық өткізгіш) / электронды өткізгіш гетероструктуралары кіреді. Энергияны, зарядты және ақпаратты түрлендіру және сақтау үшін электр химиялық құрылғыларда (электрлік қос қабатты құрылғылар) қолдануға болады. Наноионика терминін және тұжырымдамасын (ғылымның жаңа саласы ретінде) алғаш рет 1992 жылдың қаңтарында А. Л. Деспотули мен В. И. Николайчик (Микроэлектроника технологиясы және жоғары тазалықтағы материалдар институты, Ресей ғылым академиясы, Черноголовка) енгізді. Наноионика, мысалы, диффузия мен реакцияларды тек наношары бойынша ғана мағыналы терминдермен, мысалы, біркелкі емес (наношары бойынша) потенциалдық ландшафт бойынша сипаттауға тырысады. Қатты күйдегі ионды наножүйелердің екі класы және екі түбегейлі әр түрлі наноиондық: (I) иондық өткізгіштігі төмен қатты денелерге негізделген наножүйелер және (II) озық супериондық өткізгіштерге негізделген наножүйелер (мысалы, альфа-АГИ, рубидий күмісі йодты отбасы). Наноиондық I және наноиондық II интерфейстердің дизайны бойынша бір-бірінен ерекшеленеді. Наноионикадағы I шекаралардың рөлі - тәртіпсіз кеңістіктегі зарядталған қабатта зарядталған ақаулардың (бос орындар мен интерстициалдар) жоғары концентрацияларына жағдай жасау. Бірақ II наноионикада жоғары ионды өткізгіш кристалл құрылымдарын алдын ала суперионды өткізгіштердің реттелген (жатыршаға сәйкес) гетерошектерінде сақтау қажет. Наноиондық I құрылымдық когеренттілігі бар наноқұрылымдық материалдардың иондық өткізгіштігін 2D-ге ұқсас (108 есеге дейін) айтарлықтай арттыра алады, бірақ ол озық супериондық өткізгіштердің 3D иондық өткізгіштігіне қарағанда ~ 103 есе кішірек болады. Қатты денелердегі диффузия мен миграцияның классикалық теориясы диффузия коэффициенті, активация энергиясы және электрохимиялық потенциал туралы түсінікке негізделген. Бұл дегеніміз, барлық кедергілер бірдей биіктікте болатын әлеуетті ландшафтта (біркелкі әлеуетті рельеф) іонды тасымалдаудың суреті қабылданғанын білдіреді. Қатты ионды және наноионды I, II нысандардың айқын айырмашылығына қарамастан, жылдам ионды тасымалдау және заряд / энергияны сақтау (немесе түрлендіру) туралы шын жаңа проблеманың осы нысандар (жедел ион өткізгіштер) үшін ерекше ортақ негізі бар: наношақтықтағы біркелкі емес потенциалдық ландшафт (мысалы), ол жылжымалы иондық кіші жүйенің импульске немесе гармоникалық сыртқы әсерге, мысалы, диэлектрлік спектроскопиядағы әлсіз әсерге жауап беру сипатын анықтайды.
and electrochemical potential. This means that accepted is the picture of a hopping ion transport in the potential landscape where all barriers are of the same height (uniform potential relief). Despite the obvious difference of objects of solid state ionics and nanoionics I, II, the true new problem of fast ion transport and charge/energy storage (or transformation) for these objects (fast ion conductors) has a special common basis: non uniform potential landscape on nanoscale (for example ) which determines the character of the mobile ion subsystem response to an impulse or harmonic external influence, e. g. a weak influence in Dielectric spectroscopy (impedance spectroscopy).
Сипаттамалары
Нанонаука мен нанотехнологияның саласы болғандықтан, наноионика өзінің объектілерімен (FIT-пен наноқұрылыстар), тақырыптық (наноөлшедегі FIT-пен байланысты қасиеттер, құбылыстар, әсерлер, процестер механизмдері және қолданбалар), әдіс (супериондық өткізгіштердің наножүйелерінде интерфейс дизайны) және критерий (R / L ~ 1, мұнда R - құрылғы құрылымдарының ұзындығы шкаласы, ал L - FIT-пен байланысты қасиеттер, сипаттамалар және басқа да параметрлер күрт өзгеретін сипаттама ұзындығы). Жартылай өткізгіштердің халықаралық технологиялық жол картасы (ITRS) наноиондық негіздегі резистивті коммутациялық жадыларды "жаңа зерттеу құрылғылары" ("иондық жады") санатына жатқызады. Наноэлектроника мен наноиониканың тығыз қиылысуы наноэлионика (1996) деп аталды. Қазіргі таңда, болашақ наноэлектрониканың негізгі шектерімен шектелген көрінісі озық зерттеулерде қалыптасуда. Есептеудің соңғы физикалық шектері қазіргі кезде қол жеткізілген (1010 см -2, 1010 Гц) аймақтан өте алыс. Нм және нм-ден төмен пета масштабтағы интеграцияда қандай логикалық коммутаторларды қолдануға болады? Бұл сұрақ "наноэлектроника" термині әлі қолданылмаған тақырыпқа қатысты. Кванттық механика электрондардағы айырмашылықты тера масштабтағы туннельдеу әсерімен шектейді. 1012 см−2 бит тығыздық шегін жеңу үшін ақпарат саласында L < 2 нм сипаттамалық өлшемді атомдық және иондық конфигурацияларды қолдану керек және ақпарат тасымалдаушылардың тиімді массасы m* электрондықдерден әлдеқайда үлкен материалдар қажет: m* =13 нм L =1 нм, m* =53 нм (L =0,5 нм) және m* =336 нм (L =0,2 нм). литий батареялары мен наноқұрылымдық электродтар бар отын элементтері, жылдам иондық өткізгіштер негізінде кванттық өткізгіштігі бар нанобұғаттағыш (мемристорларды және бағдарламаланатын металластыру элементтерін де қараңыз). Олар субвольттік және терең субвольттік наноэлектроникамен жақсы үйлеседі және кеңінен қолданылуы мүмкін, мысалы, автономды микро қуат көздерінде, RFID, MEMS, smartdust, наноморфты жасушада, басқа микро және наножүйелерде немесе қайта конфигурацияланатын жасуша массивтерінде. Қатты күйдегі жылдам иондық өткізгіштіктің маңызды жағдайы ионды кристаллдардың беткі кеңістіктегі зарядтық қабатында. Мұндай өткізгіштікті алғаш рет Курт Леховец болжаған. Иондық өткізгіштікке қатысты шекаралық жағдайлардың маңызды рөлін алғаш рет эксперименттік түрде Лианг анықтады, ол LiI Al2O3 екі фазалы жүйесінде аномальды жоғары өткізгіштікті тапты. Нанометрлік қалыңдығы бар арнайы қасиеттері бар кеңістіктегі зарядтық қабаттың әсері тікелей наноиондыққа (наноиондық I) байланысты. Леховец эффектісі қазіргі заманғы портативті литий батареялары мен отын элементтерінде қолданылатын көптеген наноқұрылымдық жылдам ионды өткізгіштерді құрудың негізі болды. 2012 жылы наноионикада кеңістіктегі зарядтың пайда болуы мен ыдырау процестерін ретсіз потенциалдық рельефте (тікелей проблема) және жылдам иондық тасымалдаумен (қарсы проблема) наножүйелердің сипаттамаларын түсіндіру үшін 1D құрылымды динамикалық тәсіл әзірленді. Мысалы, ұжымдық құбылысты сипаттау үшін: А. К. Джоншердің "әлемдік" динамикалық реакциясына әкелетін біріктірілген иондық тасымалдау және диэлектрлік поляризациялау процестері.