Pagrindinė priežastis, dėl kurios saulės elementams energetikoje tenka visai nežymus vaidmuo - tai, kad jie verčia šviesą elektra ne itin gerai. Nors iš šiuolaikinių medžiagų, tokių kaip galio arsenidas, galima pagaminti elementus, kurių efektyvumas beveik 30 procentų, tokių prietaisų kaina yra tokia didelė, kad juos galima sau leisti naudoti nebent kosmose. Tipiškų komercinių saulės elementų efektyvumas jau daug metų įstrigęs ties 15-16 procentų riba. Tačiau per pastaruosius porą mėnesių kelios firmos pranešė apie esminius pokyčius, galinčius šiuos elementus padaryti gerokai patrauklesniais.

   Saulės moduliai dažniausiai yra instaliuojami vietose, kur tam reikalinga erdvė yra gana ribota, pavyzdžiui, ant stogų. Ericas Danielsas, fotovoltinius prietaisus gaminančios kompanijos BP Solar viceprezidentas, sako, jog todėl daugelis vartotojų sutiktų mokėti brangiau už didesnį šviesos vertimo elektra efektyvumą. (Paprastai saulės elementų moduliai kainuoja nuo 4 iki 8 dolerių už vatą.)

   Šiandieniniai komerciniai fotovoltiniai prietaisai remiasi kristaliniu siliciu. Į puslaidininkio paviršių krintanti šviesa sužadina jame elektronus ir skyles, kurie juda link elektrodų, sukurdami elektros srovę. Norėdami padidinti elemento efektyvumą, gamintojai turi arba padidinti sugeriamos saulės šviesos kiekį, arba sumažinti varžos sukeliamus elektros nuostolius. Tam naudojami įvairūs triukai. Vieno esmė - šviesą atspindinčių užpakalinių paviršių sudarymas, taip priverčiančiant dalį šviesos dukart pralėkti per elementą. Kitas būdas - panaudoti amorfinį silicį, kuris sugeria šviesą geriau nei kristalinė šios medžiagos forma.

   Kovo mėnesį BP Solar paskelbė sukūrusi 18,3 proc. efektyvumu pasižyminčius saulės elementus. Beveik tuo pat metu Sanyo pranešė apie 19,5 proc. efektyvumo saulės elementus. O gegužės mėnesį Sunpower Corporation iš Kalifornijos paskelbė pradėjusi gaminti daugiau negu 20 proc. efektyvumo saulės elementus.

   Sunpower pirmauja dėl savo sukurtos unikalios užpakalinio kontakto elementų konstrukcijos. Daugumos saulės elementų priekinis paviršius yra padengtas plonų vielelių tinklu, padedančiu surinkti puslaidininkyje atsiradusią elektros srovę. Nors vielelės yra labai plonos, jos vis dėlto užstoja daliai saulės spindulių kelią į puslaidininkį. Sunpower perkėlė visus kontaktus ir visus jungiamuosius laidus į užpakalinę elemento pusę.

   Naujieji Sunpower saulės elementai, instaliuoti NASA sukurtame nepilotuojamame lėktuve Helios, pasižymi beveik 23 proc. efektyvumu. (Birželio mėnesį Helios nukrito į Ramųjį vandenyną, bet NASA dėl to nekaltina saulės elementų.) Kelis procentus kompanija netgi paaukojo, nes siekė kiek įmanoma pritaikyti elementus masinei gamybai ir sumažinti jų kainą iki pirmiesiems pirkėjams patrauklaus lygio.

   Metalurgai seniai svajojo apie naują darbo metodą: sėdi prie kompiuterio, suskaičiuoji naujo lydinio sudėtį, ekrane pamatai rezultatą ir tik tada eini į laboratoriją visko sumaišyti. Idealiu atveju toks skaitmeninis metodas galėtų pakeisti varginantį bandymų ir klaidų kelią, kuriuo eiti pradėta gerokai seniau, negu viduramžių alchemikai pirmąkart pabandė pagrindinius metalus paversti auksu.

   Neseniai iš Japonijos mus pasiekė žinia, kad svajonė jau tampa realybe. Kompanijos Toyota mokslinės laboratorijos specialistai iš Nagakute miesto žurnalo "Science" balandžio mėnesio numeryje pranešė sukūrę šiuolaikinius kompiuterinius modelius ir programas, kuriais naudodamiesi betarpiškai išrado naują titano lydinių klasę.

   Vadinamieji Toyotos guminių metalų lydiniai yra stiprūs, kieti ir atsparūs karščiui, bet tuo pat metu pasižymi stebėtinai dideliu elastingumu ir plastiškumu plačiame temperatūrų diapazone, siekiančiame nuo - 200 iki 300^oC. Medžiaga gali daug kartų išsitempti keliais procentais savo ilgio ir vėl susitraukti. Tuo tarpu nikelio ir titano mišinys - žinomiausias iš formą atgaunančių lydinių, irgi pasižymintis panašiu superelastingumu - pakartotinai jį deformuojant greitai sukietėja ir darosi trapus.

   Užpatentuotos sudėties metalą iš pradžių buvo manyta naudoti automobilių spyruoklėms, tarpinėms ir panašioms detalėms. Tačiau pasirodė, kad jis yra perdaug brangus viskam, išskyrus kai kuriuos ypatingus gaminius, tokius kaip mikrovaržtai, formą atgaunantys akinių rėmeliai (jau gaminami), medicininiai implantai ir kateteriai, kosminiams laivams skirtos karščiui atsparios spyruoklės ar netgi tolimo smūgio golfo lazdos.

   Guminio metalo lydiniai, sudaryti iš titano, tantalo, niobio, cirkonio ir - kartais - vanadžio, o taip pat minimalių deguonies intarpų. Didelėje temperatūroje ir aukštame slėgyje, bet nelydant, jie virsta vientisu ruošiniu. Įspūdingosios mechaninės savybės atsiranda po kruopštaus šaltojo apdorojimo kambario temperatūroje.

   Konstruodama lydinį, Toyotos grupė optimizavo tris molekulines savybes. Viena jų - jungčių skaičius, kurį kiekvieno metalo atomas sudaro su savo kaimynais. Kitos charakteristikos apibūdina jungčių tarp atomų stiprį ir kaimyniniams atomams priklausančių išorinių elektronų tarpusavio traukos jėgą. Galutinė receptūra buvo gauta po skaičiavimų, skaitmeninio modeliavimo ir kompiuterinių eksperimentų.

   Nors tai ir panašu į Manheteną ar Čikagą, bet tai, ką matote šioje nuotraukoje, yra tik pirmosios pasaulyje sintetinės nanokolonos. Virš safyro paviršiaus jos pakyla nuo 2 iki 5 mikronų, o kiekvieną tokį "dangoraižį" sudaro stulpelis iš cinko oksido kristalų. Kiekvienas "aukštas" yra heksagoninis kristalas, kurio skersmuo palaipsniui mažėja kylant į viršų.

   Pekino Chemijos instituto mokslininkas Yungi Liu išaugino šiuos bokštus krosnyje, kurioje 950^oC temperatūroje reagavo cinko sulfidas ir deguonis. Cinko oksidas yra puslaidininkis, kuris naudojamas laidžios plėvelėse ar elektroniniuose keitikliuose. Mokslininkai galvoja, kad tokie stulpeliai galėtų būti panaudoti optoelektronikos prietaisuose, pavyzdžiui, plokščiuose displėjuose.

   Intel sukūrė naują trigubos užtūros (trigate) MOS tranzistorių, kurio užtūros ilgis yra tik 60 nm ir jį dar galima sumažinti iki 30 nm. Tarp neplanarinių MOSFET junginių tai rekordiniai pasiekimai.

   Konstravimą kūrėjai jau baigė ir prasidėjo įdiegimo fazė. Savo gamykloje Oregono valstijoje, naudodamas 300 mm skersmens padėklus ir 90 nm procesus, Intel jau pagamino veikiančius tranzistorių prototipus.

   Trigubos užtūros tranzistoriuje panaudota viena iš tų naujoviškų konstrukcijų, kurios bus diegiamos kartu su 45 nm procesais, kuriuos Intel numato įsisavinti iki 2007 m.

   Viena iš didžiausių problemų, kurios iškyla stengiantis kuo labiau sumažinti CMOS procesais gaminamų komponentų matmenis, yra sunkiai kontroliuojama tranzistoriaus nuotėkio srovė I_off - dėl to praktikai įmanoma pritaikyti tiktai tokius tranzistorius, kurie sunaudoja nemažą srovę. Įprastiniame tūriniame tranzistoriuje I_off didėja atvirkščiai proporcingai užtūros ilgiui L_g - tai vadinama trumpojo kanalo efektu.

   Įprastiniams "tūriniams" tranzistoriams galioja empirinė taisyklė, kad užtūros ilgis turi būti bent tris kartus didesnis už silicio sluoksnio, esančio po užtūra, storį.

   Intel pirmąkart pabandė išspręsti trumpojo kanalo problemą dar pernai, kai kompanija pasiūlė savojo FINFET tranzistoriaus koncepciją. Šio tranzistoriaus darinys nėra planarinis, jo kanalas yra silicio strypelyje, kuris stovi statmenai lusto paviršiui. Abiejose to strypelio pusėse yra po užtūrą, kurios, savo ruožtu, yra padengtos izoliatoriais. Šiuos izoliuojančius sluoksnius sukurti buvo gana sudėtinga, todėl Intel ryžosi eiti toliau ir sukūrė trigubos užtūros darinį, kuriame užtūros yra sudaromos ant trijų silicio strypelio plokštumų. Šiuo atveju silicio aukštis (storis) yra toks pats kaip ir užtūros ilgis. Tai tris kartus geriau, negu įprastiniuose planariniuose dariniuose, ir ženkliai sumažina trumpojo kanalo efektus.

   Silicio gabaliuką iš trijų pusių apsupus užtūromis, srovė kanale pasiskirsto kur kas homogeniškiau, todėl jos dydį galima gerokai padidinti. Visos trys užtūros yra sujungtos tarpusavyje. Intel nenumato jų valdyti atskirai, nors tai būtų galima panaudoti kuriant sudėtingesnes funkcijas atliekančius prietaisus. Tačiau numatoma skirti daugiau dėmesio, bandant pasiekti kiek įmanoma didesnių slenkstinių dažnių.

    Japonų mokslininkams pavyko, naudojant mechaninę jėgą, suimti vieną atomą, iškelti jį iš vietos kristale, o po to vėl padėti ten pat. Su pavieniais atomais tai buvo padaryta pirmąsyk - iki šiol visada reikėdavo elektros srovės. Noriaki Oyabu vadovaujama Osakos universiteto grupė savo eksperimentą aprašė žurnale "Physical Review Letters". Oyabu sako: "Tai tas pat, lyg naudodamas Empire State Building dangoraižį pabandytumėte arbūzų lauke paimti vieną konkretų arbūzą".

   Mikroskopiškame atomų pasaulyje mikroskopai naudojami ne tik rodyti vaizdus, bet ir judinti nedideles daleles iš savo vietos. Yra du tokie prietaisai. Skenuojančiame tuneliniame mikroskope adatėlė važiuoja prie pat tiriamosios medžiagos paviršiaus. Tarpas tarp adatos ir paviršiaus tėra kelių atominių atstumų dydžio. Tiesą sakant, tas tarpas neleidžia tekėti elektros srovei tarp elektriškai įkrautos adatos ir medžiagos. Bet dėl kvantų mechanikos numatomo "tuneliavimo" reiškinio elektronai vis dėlto sugeba įveikti tarpą, todėl silpna srovė, priklausanti nuo tarpo dydžio, teka. Jeigu atstumas sumažėja dešimčia nanometrų, srovė sustiprėja dešimt kartų. Pagal srovės stiprumą galima suskaičiuoti atstumą tarp adatos ir atomų ir, galiausiai, sudaryti paviršiaus reljefo vaizdą.

   1989 m., naudodamiesi tokiu mikroskopu, firmos IBM inžinieriai sugebėjo iš 35 ksenono atomų sudėlioti savosios kompanijos emblemą. Tam jie prijungdavo prie adatos didesnę įtampą, kuri pakeldavo ir sudarydavo galimybę judinti atskirus atomus. Bet šį metodą buvo galima taikyti tik elektrai laidžioms medžiagoms.

   Japonų grupės naudojamas atominės jėgos mikroskopas veikia kitaip. Šiame prietaise matavimus atlieka maža svirtelė, svyruojanti kairėn-dešinėn. Ši svirtelė yra traukiama netoli nuo tiriamo paviršiaus. Įvairios jėgos, atsirandančios labai arti nuo paviršiuje esančių medžiagos atomų, veikia ir svirtelę. Naudodami lazerio pluoštelį, mokslininkai nustato, kiek toli ji pajuda į šoną. Taigi matavimai yra atliekami be elektros srovės. Naudodami tokį mikroskopą, Oyabu ir jo kolegos pabandė pajudinti medžiagos atomus, nenaudodami jokios srovės. Fizikai švelniai prispaudė svirtelę prie vieno iš silicio kristalo atomų. Jėga buvo apskaičiuota taip, kad nutraukė vadinamąsias kovalentines jungtis ir atomas pajudėjo iš savo vietos. Silicio atomas liko pakibęs ant svirtelės galo. Kristale liko skylė. Vėliau japonai priartino mikroskopo smaigalį su prie jo prikibusiu atomu prie skylės ir paliko joje atomą.

   Ateityje viso to gali prireikti, gaminant nanometrų dydžio elektronikos prietaisus ir grandynus, kurių komponentus sudarys vos po kelis atomus. Kadangi tokių grandynų gamybai prireiks elektrai nelaidžių medžiagų, reikėjo išrasti būdą, kaip tokiuose grandynuose perkelti atskirus atomus iš vienos vietos į kitą.

   Laidūs klijai, kurie selektyviai prilimpa prie skirtingų medžiagų, bus naudojami jungiant prie silicio lustų metalo vieleles ir išstums dabar tam naudojamą lydmetalį. Tai gali gerokai sumažinti elektronikos komponentų surinkimo kainą ir tokių toksiškų metalų, kaip švinas - o jis yra pagrindinė lydmetalių sudėtinė dalis - naudojimą.

   Selektyvaus klijų sukibimo paslaptis jų molekulių sugebėjime keisti savo formą priklausomai nuo to, su kokia medžiaga joms tenka liestis, - sako Kento universiteto (Jungtinė Karalystė) chemikas Simonas Holderis, sukūręs naujuosius "gudresnius" klijus.

   Kiekvieną klijų molekulę sudaro trys blokai - stireno molekulė ir dvi iš kiekvieno jos šono kybančios polimetakrilato grupės. Kuomet klijai liečia metalus - pavyzdžiui, auksą, sidabrą ar varį - molekulė pasidaro U raidės formos ir stireno blokas stipriai prisispaudžia prie metalo paviršiaus, o kito du galai išsidriekia į šonus. Kiti paviršiai priverčia molekules susiriesti ir pasidaryti lanko formos. Būdamos šioje konfigūracijoje, molekulės prie paviršiaus prikimba labai silpnai, todėl jas gali atplėšti net ir vandens molekulės.

   Grandynus bus galima apipurkšti gudriaisiais klijais, kurie sukibs tiktai su auksiniais elektrodais ir varinėmis vielelėmis. Po to silicio lustus galima įstatyti į reikiamą korpuso vietą, o visą spausdintinę plokštę įmerkti į vandenį, taip pašalinant klijus iš nereikalingų vietų.

   "Mes esame įsitikinę, kad nuplautuosius klijus bus galima išdžiovinti ir panaudoti dar kartą", - sako Holderis. "Bet koks procesas, sumažinantis naudojamo lydmetalio kiekį, mažiau kenks ir aplinkai".

   Laidūs klijai gali padaryti didelę įtaką visam elektronikos pramonės vystymuisi. Pavyzdžiui, daugelis mano, kad iš plastiko pagaminti organiniai šviesos diodai (OLED) galėtų pakeisti dabar naudojamus puslaidininkinius šviestukus. Bet OLED prastai jungiasi prie aukso elektrodų, todėl gamintojams tenka naudoti po kelis papildomus polimero sluoksnius. Naujieji klijai galėtų pataisyti šią padėtį.

   Šiuo metu Holderis stengiasi pagerinti gudriųjų klijų parametrus. Kol kas jie pasižymi puslaidininkio savybėmis, bet jis yra įsitikinęs, kad artimiausiu metu, panaudojus legiravimą jodu, pavyks sukurti ir metalinę klijų versiją.