Здравствуйте, друзья! Многие дети, и мой сынок в их числе, любят фантазировать и творить. Сейчас очень много возможностей, и, как убеждает нас реклама, создавать шедевры может каждый, главное, купить наборчик для творчества, в котором есть всё необходимое.
Насколько фантазия отличается от реальности? В этой статье будет приведен пример, как влияет даже малое отличие на творчество и развитие электроники и технологий.
Введение
Мы с сыном были в магазине товаров для рукоделия, и он заинтересовался алмазной мозаикой от фирмы "Фабрика фантазий" - вот такой.
Как объяснили в магазине, внутри находится трафарет-картинка с клеевым слоем и маленькие стразики-алмазики, которые надо захватывать специальным стеком и приклеивать по номерам к картинке. Мне понравилась эта идея, думаю, если сын собирать не будет, то соберу я. Так и случилось.
Проблема и решение
Сынок с энтузиазмом принялся за работу, и наклеил по инструкции белые стразики. Когда он перешел к другим цветам, вдруг перестало получаться - приложенная ручка-стек с выемкой не захватывала стразики, а руками их брать тяжело, слишком мелкие. Знаю, что у сыночка проблемы с моторикой пальцев, но когда попробовала собрать сама, поняла, что дело не в нём. У меня, взрослой женщины, окончившей художественную школу, тоже не получилось сделать по инструкции.
В этой ситуации единственное, что остается сделать - последовать совету на коробке "Включи воображение!" В самом деле, какое же творчество и фантазия, если надо тупо вставлять нужные камушки в нужные места. Придумала такую штуку - сыпать на картинку кучку стразиков нужного цвета, и потом стеком переворачивать их и двигать на заготовленные для них кружочки. Сделав таким образом, поняла, в чём проблема.
По фотографии видно, что размер стразика чуть-чуть больше, чем размер кружочка, на который его нужно наклеить. По этой же причине - слишком большой размер - стразики полностью не влезают в стек и не захватываются. Поэтому у нас и не получилось сделать по инструкции.
Измерить размер одного элемента с помощью линейки трудно - они довольно мелкие. Для измерения размеров мелких деталек воспользуемся методом рядов, который проходят на физике в 7 классе.
Я измерила размер ряда из 8 стразиков, он оказался равным 24 мм. Размер ряда из 8 кружочков оказался равным 23 мм.
Видите, 1 мм разница между фантазией "Фабрики фантазий" и реальностью. В процентах это отличие составляет 4%.
Рассогласование решеток и рост кристаллов
Когда формируется крупномасштабная структура, это отличие играет колоссальную роль. Задача сборки мозаики на картинке в этом случае аналогична задаче выращивания кристалла на подложке, период которого отличается от периода подложки. Кристаллографы точно знают, что в этом случае выращенный кристалл будет обладать множеством дефектов и низким качеством. Подбор решеток с нужными параметрами - основа технологии выращивания полупроводниковых кристаллов, на которых базируется вся современная электроника, и транзисторы, и светодиоды.
Обратите внимание на рисунок слева - рассогласование решеток на половину процента в два раза снижает интенсивность излучения.
Жорес Алфёров, лауреат Нобелевской премии 2000 года, получил премию за создание в 1967 году полупроводникового гетероперехода, на котором работают все современные полупроводниковые лазеры, и одной из ключевых задач было подобрать пару полупроводников с разной шириной запрещенной зоны, но одинаковым периодом решетки. Благодаря результатам, полученным группой Алфёрова, полупроводниковые транзисторы стали нанометровыми, и появилась возможность миниатюризировать компьютеры, изобрести смартфоны и сделать электронные устройства доступными каждому.
Стрейнтроника
В XXI веке инженеры научились управлять рассогласованием решеток так, чтобы за счет дефектов получать необычные свойства выращиваемых кристаллов. Это стало основой нового направления в электронике - стрейнтронике, которая появилась всего несколько лет назад.
Даже при всех усилиях инженеров и технологов в сверхчистых комнатах, максимальными рассогласованиями решеток, хоть как-то годящимися для практики, будут 2-3%.
А в моей многострадальной мозаике аж 4%. Понятно, что на такой подложке никак не вырастишь нормальный кристалл. Я долго мучилась, расставляла стразики-алмазики как можно плотнее, и старалась увести дефекты на край картинки. Пригодилось творчество и воображение. Но клеевой слой не всегда позволял это сделать, поэтому в кристаллической решетке появлялись дырки, некоторые стразики выпадали. Каково же атомам, которые пытаются вырасти на неподходящей подложке! Как они, наверное, пытаются зацепиться и сформировать кристалл, ругают технологов, и в результате формируют аморфный слой.
Заключение
В результате я всё-таки доделала мозаику-белочку. Несмотря на то, что она не идеальная и с дырками, сыночку понравилась, и он гладил ее по стразикам-алмазикам.
Да, больше я такую не куплю, и вам не советую, уважаемые читатели. В век нанотехнологий, когда каждый год повышается быстродействие вычислительных устройств, сделать алмазики и напечатать кружочки, согласованные друг с другом, не представляет проблемы. Видимо, на этой фабрике все инженеры погрузились в мир фантазий, и для них это так легко и весело, а о качестве эти инженеры не думают.
Спасибо всем, кто дочитал статью до конца. Друзья, думаю, что фантазия все-таки может воплотиться в реальность, и желаю вам такого приятного опыта!