Юрий Сергеевич Нагорнов - 101 вопрос о нанотехнологиях

заинтересуется какой-либо научной проблемой или направлением
после знакомства с основами нанотехнологий в рамках настоящего пособия, он может
продолжить свои исследования в более узкой области.
Вопрос 2. Когда возникли нанотехнологии?
Рассматривая нанотехнологию прежде всего как возможность манипуляций с
веществом в масштабах от 100 нм и «ниже», историю нанотехнологий часто начинают
отсчитывать от знаменитой речи Р.Фейнмана (получившей в последствие название
«Внизу полным полно места. Приглашение в новый мир физики»). В этой своей речи,
произнесенной в 1959 году на заседании американского физического общества
Р.Фейнман указал на то, что фундаментальные законы физики не запрещают создавать
«конструкции» из отдельных атомов. «Насколько я вижу, принципы физики не
запрещают манипулировать отдельными атомами». Великое пророчество великого
исследователя положившее начало современной эпохи нанотехнологий. Дальнейшая
стремительная хронология развития нанотехнологии (в исключительно поверхностном и
неполном варианте) может быть представлена приблизительно в следующей
последовательности:
В 1966 г. Р. Янг разрабатывает пьезодвигатель, обеспечивающий перемещение
подложки под острием туннельного зонда микроскопа и нанотехнологического
оборудования с точностью до 0,001 нанометра.
1961-1967 г. Открытие американскими биологами (Р.Холли, Х. Кораной и М.
Ниренбергом) структуры генетического кода.
1971 г. Компаниями Bell и IBM (США) получены первые одноатомные
полупроводниковые пленки – «квантовые ямы». Началась эпоха нанотехнологии т.е.
практической физики и технологии низкоразмерных или квантоворазмерных структур.
6

В 1974 году японский профессор Норио Танигучи впервые применил термин
«Нанотехнология» в докладе получившем название «Основные принципы
нанотехнологий».
1982 год. Г.Биннинг и Г. Рорер (сотрудники австрийского филиала компании IBM)
создают сканирующей туннельный микроскоп (СТМ). Действие СТМ основано на
туннелировании электронов через вакуумный барьер. Сканирующий электронный
микроскоп позволяет исследовать только проводящие объекты. Четырьмя годами позже,
в 1986 г. появился сканирующий атомно-силовой микроскоп. В отличие от СТМ атомносиловой микроскоп позволяет изучать непроводящие (диэлектрические) материалы.
Вопрос 3. Что означает приставка «нано»?
Приставка нано (от греч. «nannos» – «карлик») означает одну миллиардную (10-9)
долю какой-либо единицы. Например, нанометр – одна миллиардная доля метра. Атомы и
мельчайшие молекулы имеют размер порядка 1 нанометра. Для сравнения, человеческий
волос приблизительно в шестьдесят тысяч раз толще одной молекулы. На этом уровне
стираются границы не только между ветвями науки физика, химия, биология, но даже и
между их разделами, такими как материаловедение, механика, электроника, генетика и
другие. Сегодня нанотехнология объединяет в себе самые разнообразные науки и
междисциплинарные исследования. Сама приставка «нано» указывает лишь на малый
размер, с которого начинают проявляться квантовые эффекты.
Вопрос 4. Что означает термин «нанотехнологии»?
Термин
«Нанотехнология» является русским эквивалентом английского
словосочетания Nanotechnology. Само название говорит, что нанотехнологии имеют дело
с материалами размером менее 100 нм в каком-либо направлении x, y, z или во всех сразу.
В мире объектов нанометрового диапазона законы обычной физики не действуют.
Поэтому законы квантового мира подчиняются квантовой физике. В квантовой физике
энергия частиц часто принимает только дискретные значения. При чем это верно не
только для атомов, но и для наночастиц – квантовых точек, нитей и ям. Как следствие у
таких наночастиц все свойства отличаются от обычных материалов. Температура
плавления наночастиц значительно меньше. Упругие свойства также сильно меняются с
уменьшением размеров до нанометровых. Меняется спектр излучения и поглощения
материалов и многое, многое другое. Если научиться управлять структурой наночастиц,
можно получить практически любой набор свойств. Как заявил известный американский
физик Э.Теллер «Тот, кто раньше других овладеет нанотехнологией, займет ведущее
место в техносфере 21 века».
Развитие нанотехнологий обещает огромные перспективы в технике. К ним относятся
создание очень легких и сверхпрочных материалов, --">