Här har nanostrukturen först vikts upp från underlaget och sedan vikts en gång till. Man ser "urklippet" som de har skurits ut ur. Att få sidorna att vika sig i skarpa veck, och i rätt ögonblick, är en av utmaningarna.

Innanmätet i en dator är en platt värld. Att elektronerna i kretsarna rör sig i en tvådimensionell värld tar vi för självklart.

Plattheten är en konsekvens av de metoder som används för att tillverka processorer och andra kretsar – i princip samma metod som när man förr kopierade fotografier.

Vill man få två ledningar att korsa varandra måste man bygga en liten viadukt. Kretsen byggs då i flera skikt, vilket är tekniskt krävande och kostsamt.


MITs namn i nanoorigami. Hela "bokuppslaget" är mindre än en millimeter. Notera de små plopparna som håller ihop sidorna.

Nu har forskare på Massachusetts Institute of Technology, MIT, utanför Boston demonstrerat hur man kan bygga elektronik på höjden. Tredimensionella elektroniska kretsar kan ge snabbare dataöverföring och högre lagringskapacitet, enligt dem.

Forskarna, ledda av docent George Barbatathis, kallar metoden för nanoorigami efter den japanska konsten att göra komplicerade figurer genom att vika papper. De arbetar med material som är hundra gånger tunnare än ett hårstrå och med ytmått som är mindre än en millimeter.

Nanoorigami utgår fortfarande från tvådimensionella ytor, men viker dem till tredimensionella objekt – som pappershusen som barn klipper ut från kartongark och klistrar ihop.

– Mycket som görs i dag är plant. Vi vill kunna ta alla bra grejer som finns för 2d och göra tredimensionella grejer med dem, säger doktoranden Tony Nichol till MIT News.

Redan 2005 visade forskarna upp en enkel elektronisk komponent, en kondensator, i nanoorigami.

En kondensators uppgift är att vara en buffert för elektrisk energi. I grunden är kondensatorn ett litet mellanrum i en elektrisk krets. Mellan de två snittytorna uppstår en spänning. Ju större ytorna är, desto mer energi kan kondensatorn lagra.

Så genom att resa upp två ytor och ställa dem mot varandra får man en högre lagringskapacitet än om man etsar kondensatorn platt på ett kretskort. Dessutom är nanokondensatorn veckad, vilket ger ännu högre kapacitet.

Veckningen ger en form som liknar en dragspelsbälg. Att åstadkomma den formen i nanoskala har varit en av de stora utmaningarna för forskarna.

Att bygga kretsar med veck och väggar ger en struktur som påminner om hjärnbarken med dess många veck. Hjärnans veck gör att hjärnans yta, hjärnbarken, blir större i förhållande till hjärnans storlek, och hjärnbarkens yta anses hänga ihop med intelligensen.

– Extra veck underlättar snabb informationsöverföring, precis som att hjärnans många veck gör att hjärnans delar kommunicerar snabbare, säger doktoranden Nader Shaar.

MIT-forskarna har fått utveckla nya tekniker för att kunna etsa kretsar som kan vikas. De börjar med att tillverka kretsar med den vanliga tekniken, litografi, men de måste också göra så att kretsarna blir vikbara, och att de faktiskt viker sig – på rätt ställe, i rätt vinkel och vid rätt tillfälle.

Ett slags gångjärn behövs, och det ska helst böja sig först när det är dags.

Det finns flera metoder: Man kan applicera metall, vanligen krom, där man vill ha vecket. Det får materialet att böja sig uppåt, men det blir inte skarpa veck.

Man kan bestråla materialet med heliumjoner där man vill ha vecket. Kraftig bestrålning får materialet att vecka sig uppåt, svag bestrålning får materialet att vecka sig nedåt.

Mest spännande är knepet att lägga in en tunn tråd av guld där man vill ha vecket. Man lägger på ett magnetfält så viker materialet sig självt.

Nästa steg är ännu mer knepigt, att klistra ihop de uppvikta väggarna. Det finns flera metoder, bland annat att använda små magneter eller att binda ihop med plast.

Kuben är en utmaning som fortfarande inte har lösts tillfredsställande. En kubformad krets skulle ha intressanta egenskaper, men forskarna har ännu inte lyckats sy ihop alla sex sidorna i nanoformat riktigt tätt.

Nader Shaar och docent Carol Livermore experimenterar med att hålla ihop sidorna som ett tredimensionellt pussel med ploppar och hål. Tekniken är fortfarande på laboratoriestadiet, och det kan dröja många år innan den blir industriellt tillämpbar.

– Vi har blivit klara med de grundläggande komponenterna och nu har vi kul med att räkna ut vad de kan användas till, säger Tony Nichol.

Fakta

Nanoorigami är en metod för att bygga elektroniska kretsar som tredimensionella strukturer. Kretsen etsas först på ett plant material med konventionella metoder, varpå materialet viks så att det bildas strukturer som pyramider, kuber eller dragspelsliknande veck. Svårigheten är att få materialet att vika sig på rätt ställe och att ”klistra ihop” väggarna. Fördelen är att strukturerna kan lagra mer energi än motsvarande platta komponenter och att man får kortare kommunikationsvägar för signaler.

Metoden har utvecklats på MIT och dess fullständiga namn är nanostructured origami.

Origami är den
japanska konsten att vika papper till komplicerade figurer och förledet nano syftar på att komponenterna är extremt små – mätbara i tusendels eller miljondels millimeter. Man kan alltså inte använda vanliga tekniska metoder för att vika och montera komponenterna.

Mer om 3d-kondensatorn
Läs mer på MIT News