Fjölnir - 04.07.1997, Blaðsíða 36

ísak Sverrir Hauksson Smásæir heimar eðlisfræðinnar
Rafeindasmásjármynd sem
sýnir svokallaða smug-
tvista (e. tunneling diodes)
úr kísli. Hver skífa inní-
heldur tvívítt rafeinda-
kerfi. nokkurra nanómetra
þykkt. Hver skífa eru
fáeinir míkrómetrar á
breidd. (MlT).
eða óhreininda í kristöllum og í upphafi voru
rannsóknir í eðlisfræði hálfleiðara Iitnar hornauga
af öðrum sem stunduðu „hreinni" eðlisfræði. Því
var jafnvel spáð að greinin yrði ekki langra lífdaga
auðið. Með nútímatækni getum við með íbæt-
ingu skilgreint brautir, eða rafrásir, í hálfleiðaran-
um sem leiða betur rafeindir og búið til hlið,
öðru nafni smára, sem loka eða opna fyrir raf-
strauminn. Þetta gæti verið lýsing á dæmigerðum
örgjörva. Stærð þessara rafrása og vegalengdin á
milli þeirra í hálfleiðaranum er nú orðin minni
en míkrómetri (1 x 10‘6 m) og minnkar sífellt.
Vegna meiri þjöppunar rásanna verður mikilvæg-
ara að þekkja áhrif óhreininda í kristallinum, þar
sem þau óhreinindi hafa hlutfallslega meiri áhrif
þegar fjarlægð á milli rása minnkar. Margt bendir
til þess að framþróun í hálfleiðaraiðnaði verði
óheft a.m.k. næstu 15 árin og þjöppun rása eigi
eftir að aukast enn meir. Þannig mun vægi grein-
arinnar aukast samfara framförum í forritun og
hugbúnaðargerð.
A Raunvísindastofnun eru stundaðar grunn-
rannsóknir á hegðun aðskotaefna í kristöllum.
Sumum aðskotaefnum er viljandi bætt í hálfleið-
ara við framleiðslu en önnur smjúga inn úr um-
hverfinu og eru til trafala. Vetni og kopar eru t.d.
algeng efni í framleiðsluumhverfi iðnaðarins, þau
geta sveimað hratt inn í kristallinn og sest að.
Mengun vegna slíkra utanaðkomandi efna hefúr
óæskileg áhrif á rafeiginleika kristallsins og truflar
áhrif aðskotaefna sem eru viljandi sett í hann. f
rannsóknum á Raunvísindastofnun eru t.d. skoð-
uð áhrif vetnis og kopars í GaAs sem gætu leitt til
betri skilnings á því hvernig þau komast í kristall-
inn. Hér er beitt aðferðum tilrauna og niðurstöð-
ur eru útskýrðar með líkönum skammtafræðinn-
ar. Þessar rannsóknir eru unnar í samvinnu við
breska, franska og bandaríska háskóla.
Skammtafroeðin — samspíl
tílrauwa og lilcaiiareilmiwga
í upphafi aldarinnar fæddist skammtafræðin.
Hún lýsir m.a. samspili frumeindakjarna og raf-
einda. Aður studdust fræðimenn við sígilda eðlis-
fræði Newtons og Maxwells sem var ófær um að
útskýra mörg fyrirbæri, svo sem varmarýmd efna,
Bragi Ólafsson:
„Það að losa sig við
rusl — eða það sem
maður heldur að sé
rusl —felur oft í
sér erfiðleika ogget-
ur valdið óþœgind-
um fyrir sjálfan
mann og annað
fólk. A nákvœmlega
sama hátt og þegar
maður sendir eitt-
hvað frá sér, eða
gefur út eitthvað
sem maður hefur
skapað og heldur að
sé þess virði að vera
gefið út, en svo
kemur kannski í
Ijós að það er
ekkert nema bölvað
drasl. “
Fj
36
olnir
tímarit handa
islcndingum
sumor '97
Ung kona með barn f
Það var einn virkan daginn unt daginn þegar ég
stóð við eldhúsvaskinn og var að hnýta fyrir
ruslapokann minn, að eftirfarandi hugmynd
varð til þess að ég gerði hlé á hversdagslegu
hugsanaleysi mínu: Eg er alltaf að henda ein-
hverju. Það var sem sagt hugmyndin: Ég er
sýknt og heilagt að losa mig við eitthvað. Á
þeirri stundu fannst mér tilhugsunin hreint og
beint ógnvekjandi. Að minnsta kosti fannst mér
það í smástund; það er ansi fátt í þessu lífi sem
hrellir mann lengur en smástund í senn. En í
pokanum sem ég var að ganga frá fyrir ösku-
tunnuna voru til dæmis umbúðir utan af korn-
fleksi, mjólk, lifrarpylsu og sígarettum; kaffi-
korgur; Gula bókin sem hafði komið inn um
lúguna daginn áður; gamall myndarammi með
mynd af mönnum á hestum að elta strúta; frí-
kort með leiðbeiningum og yfirlit frá bankanum
um úttektir af tékkareikningi mínum nokkrar
vikur aftur í tímann. Öllu þessu var ég að fara
að henda. Auðvitað algerlega hugsunarlaust. Ég
hafði tekið þá ákvörðun þegar ég setti það í
pokann að ég hefði ekki meiri not fyrir þessa
hluti en allt í einu þegar komið var að því að
bera pokann út fyrir dyrnar sló þessu niður í
hugann, þetta með losunina, og í framhaldi af
því vaknaði sú spurning hvort þetta væri rétt.
Að vera að kasta frá sér öllum þessum hlutum, á
ég við.
Maður er alltaf að gera einhverja vitleysu í
kjölfar rangra ákvarðana og þar af leiðandi er
maður oftar en ekki tilbúinn að trúa því upp á
sjálfán sig að það nýjasta í lífi manns sé ekki
ntjög viturlegt.
Á meðan ég gekk út með pokann reyndi ég
að rifja upp hvað í honum væri annað en það
sem var sjáanlegt í fljótu bragði og þegar ég lét
hann detta ofan í tunnuna fannst mér sú vissa
að ég myndi ekki sjá hann aftur svo dramatísk
og yfirþyrmandi, og svo einkennilegt að hugsa
til þess að bæði pokinn og hlutirnir sent hann
geymdi væru um það bil að hverfa úr lífi mínu
að eilífu. Að ekki liði á löngu þar til fólkið í
íbúðinni fyrir ofan myndi hylja mitt rusl með
sínu rusli. En það var ekki laust við að ég fyndi
huggun í því að rusl nágrannanna, sem eru fólk
eins og ég, tekur alla jafita ekki rninna pláss en
mitt. Svona dags daglega að minnsta kosti. Það
var því hugsanlegt að þeir ættu það einnig til að
velta fyrir sér rusli og losun þess á svipaðan hátt
og ég var að gera.
Það að losa sig við rusl — eða það sem
maður heldur að sé rusl — felur oft í sér erfið-
leika og getur valdið óþægindum fyrir sjálfan
mann og annað fólk. Á nákvæmlega sama hátt
og þegar maður sendir eitthvað frá sér, eða gefúr
út eitthvað sem maður hefúr skapað og heldur
að sé þess virði að vera gefið út, en svo kemur
kannski í ljós að það er ekkert nerna bölvað
drasl. Eða rusl sem annað fólk, mjög oft vinir
eða skyldfólk, er á einn eða annan hátt neytt til
að hreinsa upp eftir mann.
Ég æda að segja pínulida sögu um iosun
rusls. Hún á ekki að lýsa neinu sem ég þekki úr
daglega lífinu eða einhverju sem ég hef heyrt að
hafi hent annað lifandi fólk, heldur finnst mér
bara að hún hljóti að hafa gerst eða muni ger-
ast, hvort sem ég kem þar nærri eða ekki:
I Hlíðunum býr ungt par sem á von á sínu
fyrsta barni. Það býr á efstu hæð í þriggja hæða
skeljasandshúsi. Einn daginn þegar konan þarf
að losa sig við ruslapoka hættir hún við að fara
ljósgeislun frá heitum hlutum, leysingu rafeinda
frá málmum með ljósi og uppbyggingu frum-
einda. Með framsetningu skammtafræðinnar var
hægt að útskýra þessi fyrirbæri. En skammtafræð-
in var byltingarkennt vísindaframlag og margir
efúðust jafnvel um gildi hennar. Fram eftir öld-
inni og allt fram á þennan dag eru gerðar tilraun-
ir sem reyna á sannleiksgildi skammtafræðinnar.
Skammtafræðin er kenning sem byggir á líkön-
um. Einfalt skammtafræðilíkan er rafeind sem er
lokuð í litlum ímynduðum kassa af svipuðu
stærðarþrepi og frumeind. Stærð frumeindar er
um 0,2 - 0,3 nanometrar (nm, 1 x 10 '1 metrar).
Fyrir slíkt líkan er tiltölulega auðvelt að reikna út
hvernig rafeindin hegðar sér, til dæmis í kringum
jákvæða hleðslu, líkt og í vetnisfrumeind, þar sem
fáar eindir er um að ræða. Þannig var hægt að
sannreyna kenninguna með því að rannsaka
rafeindafærslur í vetnisffumeind sem þekktust á
ísogslínum frá sólarljósi. Þegar rafeindunum
fjölgar, eins og í stærri frumeindum, verða reikn-
ingarnir sífellt flóknari og ómögulegt er að reikna
út hegðun raunverulegs kerfis sem inniheldur
rafeindir og frumeindir í stærðarþrepinu 1023
(Avogadrosartala) nema gerðar séu margar grófar
nálganir. Rafeind í ímynduðum lokuðum kassa
sem er á stærð við frumeind má líta á sem heim
með engum víddum, þ.e. núllvíður. Utreikningar
fyrir slíkt kerfi eru tiltöluiega einfaldir ef við
þekkjum skammtafræðilega eiginleika rafeinda.
Ef við fjölgum víddunum sem rafeindin getur
ferðast í verða reikningar flóknari. Tvívítt kerfi er
t.d. allflókið en með tölvum nútímans er hægt að
reikna út og spá fyrir um hvernig tvívíður raf-
eindaheimur hegðar sér. Tvívíður heimur er ekki
raunverulegt náttúrufyrirbæri. Hægt er að búa til
tvívítt kerfi með svokallaðri sameindaúðun þar
sem rafeindir geta aðeins hreyft sig óhindrað í
tvær áttir en þriðja hreyfistefnan er nánast útilok-
maganum
með hann út í tunnu en hendir honum þess í
stað út um stofúgluggann þannig að hann
lendir úti i garði og opnast. Svolítill hluti inni-
haldsins dreifist yfir grasið í kringunt hann.
Þegar maðurinn kentur heim um kvöldið er
búið að fjarlægja pokann. Næsti dagur er
föstudagur og konan ákveður að taka til í lítilli
geymslu Ivnr innan fat;tliengið í forstofunni.
Hún setur alls kyns smádót í plastpoka sem hún
síðan hendir, ásamt ruslapokanum úr eldhúsinu,
út í garð. I þetta skiptið verður garðurinn nán-
ast alþakinn dóti og rusli úr pokunum vegna
þess að hnútarnir sem konan hefúr bundið
losna eða plastið rifiiar þegar pokarnir lenda hér
og þar um flötina. En áður en maðurinn kemur
heim í helgarfríið hefúr garðurinn verið hreins-
aður af rusli og er í rauninni eins og hann var í
augum mannsins þegar hann horfði yfir hann á
leið út í bíl snemma um morguninn. Unga
parið er heima hjá sér alla helgina og einhverra
hluta vegna verður ekkert af því að maðurinn
fari út með þrjá sneisafúlla ruslapoka eins og
hann hafði ædað sér um leið og hann labbaði út
í bíl snemma á mánudagsmorgninum. Það
Iendir á konunni hans að fara með ruslið út í
tunnu en eins og í vikunni á undan velur hún
þá leið að losa sig við það í gegnum
stofúgluggann, þaðan sem útsýni er yfir götuna.
Rétt áður en maðurinn kemur heim úr
vinnunni þennan dag bankar konan sem býr í
íbúðinni fyrir neðan uppi hjá parinu og biður
hina ungu óffísku konu vinsamlegast um að
henda ekki ruslinu í garðinn. Unga konan biðst
afsökunar og segist munu láta manninn sinn
hirða upp pokana þegar hann kemur heim.
Henni þyki þetta miður. £n vegna þess að hún