Серпіліс элементтері
Алдыңғы қатарлы технологияны дамытуда қандай металлдар белсенді қатысады
Кез келген революциялық өнімнің екі құрамдас бөлігі бар: бірегей идея және оны іске асыру үшін қолжетімді ресурстар, оның ішінде шикізат. Бұл материалда біз қазіргі заманғы технологияларды олардың белгілі бір материалдарға тәуелділігі тұрғысынан талдап қараймыз.
Микросхемаларды микроскоппен қарасақ
Ірі дамыған елдер өз экономикалары мен технологиялық секторларын дамыту үшін аса маңызды элементтердің тізімін бұрыннан бастап жүргізіп келеді. Мысалы, АҚШ тізімінде 35 позиция, ЕО тізілімінде — 30. Екі жағдайда да негізгі бөлігін сирек кездесетін жер элементтері (БҚА) және платина тобының металдары құрайды. Оларсыз ақпараттық және телекоммуникациялық технологияларды, сондай-ақ робототехниканы, дрондар өндiрудi және 3D-баспаны дамыту мүмкiн болмайтын компоненттердiң арасында магний, германий, галлий және сирек кездесетiн жер элементтерi, ең алдымен скандийлер неғұрлым жиi аталады.
Транзисторлар, процессорлар, чиптер және басқа да компоненттер орнатылатын жартылай өткізгіш пластиналар өндірісі — өз алдында жеке сала. Бүгінде микросхемалар үшін негіздерді дайындау кезінде кремний, галлий, мырыш және алюминий негізіндегі қосылыстар қолданылады.
Пластиналарды Азиядан мамандандырылған компаниялар шығарады. Ең ірілерінің ішінен жапондық Shin-Etsu Chemical Co, Sumco Corp. және тайваньдық Globalwafers-ді бөліп көрсетуге болады. Сондай-ақ, жартылай өткізгіш индустриясына арналған пластиналарды неміс Siltronic AG -, корей SK Siltron және Қытай, Финляндия, Франция және АҚШ-тың басқа да қоғамдық емес компаниялары жасайды.
Галлий микроэлектроникада, сондай-ақ 5G және IoT-чиптерде барынша кеңінен қолданылады, ол туралы сәл кейін сөйлесеміз. Микросхемаларға транзисторларды монтаждау процесінде никель, хром, алтын, германий, мыс, күміс, тантал қолданылады. Барлық осы металдарға компоненттің жалпы салмағының 0,5% -дан аспайды.
Кванттық компьютерлер есебiнен есептеу қуатын арттыру трендiне ерекше назар аударуға болады. Ғалымдар кванттық қуаттардың тиімді және тұрақты кубиттерін, базалық ақпараттық блоктарын жасау әдістерімен эксперимент жасауда. Осылайша, төмен температура кезінде алюминий мен ниобийдің аса өткізгіштігінің қасиеттерін пайдалану ұсынылады, ал иондарды ұстау технологиясы иттербийдің сирек кездесетін элементтерінің зарядталған атомдарын пайдалануға негізделеді.
Жаңа аса қуатты компьютерлерді жасаумен көптеген танымал халықаралық компаниялар айналысады: IBM, NVIDIA, Amazon, Google, Baidu. Оған қоса, кванттық жарысқа Alpine Quantum Technologies және Atom Computing сияқты шағын стартаптар да қосылды. Бірқатар жобалар қазірдің өзінде жаңа технологияны нақты салаларда, мысалы, фармакологияда, вакциналар мен дәрі-дәрмектер өндірісінде белсенді қолдануда.
«Кванттық есептеулер бүгінде жаңа дәрілерді дайындау мерзімін айтарлықтай қысқартуға және сонымен бірге олардың бейінін сапалық жағынан өзгертуге мүмкіндік береді», - деп есептейді тиімді терапия үшін нақты ақуыздарға бейімделген препараттарды әзірлеп жатқан POLARISqb компаниясының негізін қалаушы және басшысы Шахар Кейнан.
Байланыста
Таяу жылдары әлемді түбегейлі өзгертетін маңызды технологиялық тренд 5G/6G желілерін өрістету және оған ілеспе заттар интернетін (IoT) дамыту болады. Бұрын айтқанымыздай, осы форматтардың байланысын қамтамасыз ететін жабдықтар үшін негізгі материалдармен бірінші кезекте галлий және оның қосындылары — нитрид* және арсенид** қажет.
*Нитрид — азоттың кейбір металл және бейметалдармен қосылуы
**Арсенид — мышьяктың металдармен қосылуы
Қазірдің өзінде Qorvo (QRVO) және NXP Semiconductors (NXPI) сияқты компаниялар өз клиенттеріне 5G/6G базалық станциялары үшін галлий нитриді бар чиптерді ұсынады. Бұл металға деген сұраныс жылдар өткен сайын өсетін болады.
Миы орнында
Компьютерлік интерфейстері бар ми импланттары индустриясынан (Brain-Computer-Interface, BCI) тағы бір технологиялық серпіліс күтуге болады. Бұл саладағы ең танымал компания нейроимпланттарды әзірлейтін Neuralink Илона Маск болып табылады. Оның бәсекелестерінің арасында Precision Neuroscience жобасын атап өтеміз.
2024 жылдың қаңтар айының соңында Маск компаниясы тарихта алғаш рет адам миына чип енгізді және қазір нәтижелерді талдауда. Бұл технология ми функциясы бұзылған миллиондаған адамның толыққанды өмірін қалпына келтіруге мүмкіндік береді деп күтілуде.
Neuralink пен оның бәсекелестерінің технологиялық тәсілдері көп жағдайда ерекшеленсе де, оларды белгілі бір металдарға — алтын немесе платинаға, нейроинтерфейстер өндірісіндегі негізгі элементтерге деген қажеттілік біріктіреді. Neuralink имплантын орнату кезінде вольфрам-рений скальпельдері бар аса дәл хирургиялық робот пайдаланылады.
Соңғы жылдардағы маңызды тренд толықтырылған және виртуалды шынайылық индустриясын және онымен байланысты құрылғыларды дамыту болып табылады. IDC талдамалық агенттігінің бағалауынша, 2023-2027 жылдары гарнитура өндірісі жыл сайын орта есеппен 37% -ға өседі және 2027 жылға қарай 28,6 млн құрылғыға жетеді. Биыл осы гаджеттер нарығына Apple-дің өзі де өзінің Vision Pro гарнитурасымен шықты. Компанияның сайтында ұсынылған ресми ақпаратқа сәйкес, бұл гаджеттерді өндіру кезінде тек өңделген алтын, алюминий және сирек кездесетін жер элементтері ғана пайдаланылады.
Роботтар мен ракеталар уақыты
Адам импланттарынан «адам алмастырушыларға» — өнеркәсіптік және әскери роботтарға, сондай-ақ кейбір адам функцияларын алмастыратын андроидтерге көшеміз. Бұл машиналарды, әсiресе адам тәрiздi машиналарды жасау көптеген технологияларды пайдалануға негiзделген және мамандандырылған материалдардың массасын талап етедi. Күрделі электрооптикалық және сенсорлық жүйелерде бериллий, галлий, индий қолданылады. Алюминий, темір, титан және басқа да металдар қатты құрамдас компоненттерге арналған қорытпалар мен жабындардың негізі болып табылады. СКМ-сыз компоненттердің кең спектрін, яғни тұрақты магниттерден микросхемаларға дейін жасау мүмкін емес.
Ұшақтар мен тікұшақтардан басқа дрондарды жиі көруге болатын, ал ғарышқа зымырандар мен спутниктерді көбірек ұшыратын аспанға көз салайық. Алюминий мен титан ұшу аппараттарын құрастыруда маңызды рөл атқарады, ал басқа да сұранысқа ие элементтер тізімі роботтарға қатысты жоғарыда талқыланғандармен сәйкес келеді. Бірақ бұл саланың өзіндік ерекшелігі де бар. Мысалы, ғарыш индустриясы үшін өте қажетті материал алтын болды. Қымбат металдар спутниктердiң сыртқы жамылғысында, оптикалық жүйелерде, электроникада және тiптi астронавттардың скафандрларын жамылғысында пайдаланылады, алайда ғарыш жабдығындағы оның жалпы құрамы басқа элементтерге қарағанда мейлiнше аз күйiнде қалып отыр. Сыртқы ортаның тікелей әсеріне ұшырамайтын ішкі жүйелер компоненттерінің құрамына күміс, платина және мыс кіреді. Сонымен, қазіргі заманғы зымыран жасауда сирек кездесетін және қымбат ниобий — SpaceX-тен Falcon 9 кемелерінің шүмектері мен қозғалтқыштары жасалған қорытпа элементі ретінде пайдаланылады.
Маңызды компонент
Технологиялық прогресс көптеген түрлі элементтерді пайдаланумен тығыз байланысты. Қуатты есептеу жүйесін өндіру үшін де, AR/VR-гарнитуралар үшін де, тіпті ғарыш аппараты үшін де материалдардың кең спектрі қажет, бірақ кейбір элементтер микроскопиялық мөлшерде пайдаланылады. Оларға қолжетімділіксіз ұлттық экономикалар жаһандық бәсекелестік күресте ұтылу қаупін төндіреді.
