根據(jù)摩爾定律，半導體芯片上集成的晶體管數(shù)量每兩年就會翻一倍，其能耗也迅速增加。而且傳統(tǒng)的硅電子設(shè)備在極端環(huán)境如高溫或輻射條件下，也無法保證運行。為了支持設(shè)備升級并降低能耗，研究人員一直在尋找替代技術(shù)或混合型技術(shù)，其中納米電機（NEM）交換技術(shù)正逐漸顯出光明的前景。過去10年來，科學家對開發(fā)混合型或獨立型的納米電機設(shè)備傾注了極大熱情。

　　據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，最近，美國西北大學麥考密克工程學院研究了納米電機領(lǐng)域近10年來取得的進步，詳述了各種不成功模式以及克服這些缺點的可能方法，并對該技術(shù)的前景、當前面臨的主要挑戰(zhàn)進行了綜合性探討。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。

　　“納米電機交換器由納米結(jié)構(gòu)組成，比如碳納米管或納米線，在靜電力作用下會發(fā)生機械轉(zhuǎn)向，從而連通或斷開電極。”該學院制造與企業(yè)教授奧拉西奧·埃斯賓諾薩解釋說，這種交換器可以設(shè)計得像硅晶體管那樣工作，既能單獨運行，也能制造混合型納米電機—硅設(shè)備，同時滿足超低能耗和耐高溫輻射環(huán)境的需求。

　　研究人員指出，納米電機行業(yè)面臨著一項長期挑戰(zhàn)，就是要造出百萬級的碳納米管陣列，這是進一步制造納米電機設(shè)備所必需的，而現(xiàn)代硅電子設(shè)備能在一塊芯片上做出數(shù)十億的晶體管。他們在論文中詳述了到目前為止生產(chǎn)納米陣列的多種方法，以及實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)納米電機—集成電路芯片混合型設(shè)備的途徑。

　　此外，要讓單獨的納米電機可靠運轉(zhuǎn)數(shù)百萬次極為困難，但這卻是消費性電子產(chǎn)品所必需的。“如果給納米電機設(shè)備使用普通的金屬電極，交換器啟動后轉(zhuǎn)不到10次就會停下來。”論文合著者、西北大學博士生歐文·羅說。

　　他表示，解決方法很簡單，只要用一種導電的、類似于鉆石的碳薄膜替換金屬電極，就能大大提高設(shè)備對轉(zhuǎn)數(shù)的承受能力。目前的轉(zhuǎn)數(shù)已超過100萬次，這一改進是推動納米電機設(shè)備進入現(xiàn)實的關(guān)鍵一步。這種新材料由西北大學、桑迪亞國家實驗室集成納米技術(shù)中心、阿爾貢國家實驗室納米材料中心合作研究，相關(guān)論文已發(fā)表在《先進材料》雜志上。

　　從大型服務(wù)器到汽車、手機，傳統(tǒng)的硅基集成電路得到廣泛應(yīng)用，這離不開半導體工業(yè)數(shù)十年來的持續(xù)升級。埃斯賓諾薩還指出，新材料的選擇將大大提高下一代納米電機設(shè)備的堅固性和穩(wěn)定性，推動電子產(chǎn)業(yè)規(guī)模繼續(xù)升級，為各行各業(yè)服務(wù)。無論是混合型還是獨立式，都需要來自工程、基礎(chǔ)科學和材料科學領(lǐng)域的推動力。