ЛЕКЦИЯ 1 (2 ч). История развития нанотехнологий.

Прародителем нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита: 2400 лет назад он впервые использовал слово “атом” для описания самой малой частицы вещества.

В 1905 году швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр, а в 1931 году немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

В 1959 году физик-атомщик, нобелевский лауреат Ричард Фейман обратил внимание ученого мира на возможность работы на уровне атомов. "Там, внизу - полно пространства" ("There's Plenty of Room at the Bottom") - так он озаглавил свою речь в Калифорнийском технологическом институте, предлагая физикам изучать материю на атомарном уровне. Фейнман отличался необычным, даже парадоксальным подходом к научным проблемам. В те годы его слова были восприняты его коллегами-физиками чисто теоретически - еще не существовало и намека на технологии, позволяющие наблюдать и оперировать отдельными атомами. И его предложение премировать того, кто сможет разместить моторчик в кубике с линейными размерами 0,01 дюйма (менее 0,3 мм) или уменьшить текст в 25000 раз, было воспринято как "шутка гения".

Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, в 1968 г разработали теоретические основы нанообработки поверхностей.

Понятие "нанотехнологии" ввел в обращение в 1974 году японец Норё Танигути для описания процесса построения новых вещей из отдельных атомов. Но "отцом нанотехнологий" называют Ричарда Феймана – его пророчества не забыли. Сама десятичная приставка "нано-" происходит от греческого слова "nanos" и означает одну миллиардную часть чего-либо (в данном случае – одну миллиардную долю метра).

Однако 1974 году до реализации этой технологии было еще далеко - Танигути опередил события на 20 лет. Такая возможность стала реальной лишь на рубеже нового столетия, когда появились мощные зондовые микроскопы - уникальные "пальцы", позволяющие "пощупать" отдельные молекулы и атомы. С момента изобретения Биннингом (G.Binning) и Рорером (G.Roer) первого варианта сканирующего туннельного зондового микроскопа в 1982 г. прошло около 12 лет, когда этот аппарат превратился из "остроумной игрушки" в один из основных инструментов нанотехнологий. Общим для этих устройств является наличие зонда (чаще всего - это тончайше заостренная игла с радиусом на ее кончике порядка 10 нм) и сканирующего механизма, способного перемещать эту иглу над поверхностью образца в трех измерениях. В отличие от прежних электронных приборов прошлого века, которые позволяли лишь наблюдать самые крупные объекты наномира, новейшие зондовые микроскопы дают потенциальную возможность "видеть" отдельные атомы и строить из них новые молекулы с новыми свойствами. Эти устройства именуют нанозондами, поскольку они скорее "щупают", чем видят, как пальцы руки незрячего человека, в них наблюдение объектов и манипуляция едины. Кончик иглы нанозонда, перемещаемой по поверхности исследуемого материала (образца) "натыкается" на выступы на нем, которые и являются отдельными атомами. По размерам этих выступов, их конфигурации и определяется что это за атом или молекула. Подавая небольшое напряжение определенной полярности, игла может притянуть к себе атом, перенести на другое место и при переключении полярности напряжения – отпустить этот атом в другое место (к другому атому).

Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смолли в 1985 г создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в один нанометр.

В 1986 создан атомно-силовой микроскоп, позволяющий, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.

Нанотехнология стала известна широкой публике благодаря американскому футурологу Эрику Дрекслеру, который в 1986 г опубликовал книгу, где он предсказал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

А в 1989 году Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

Реальные результаты появились, когда другой японец, Сумио Иидзима, профессор университета Мэйдзё первым в мире создал в 1991 году нанотрубки из углерода, диаметр которых составляет несколько тысячных долей диаметра человеческого волоса, а длина – порядка 100 нанометров. Вот эти углеродные нанотрубки из сверхтонкого углеродистого материала – фуллерена и стали первым реальным наноматериалом, на основе которого строятся сейчас различные вещи, предлагаемые на рынке новых товаров. Тоненькая еле видимая нить, свитая из этих углеродных трубок, не уступает по прочности стальному канату толщиной в руку. Твердость деталей, выполненных из композитов, собранных из углеродных трубок, сравнима только с алмазом.

Открытие Сумио Иидзимы дало мощный толчок исследованиям в области нанотехнологий во всем мире. А созданные зондовые микроскопы позволили реально перейти к практическому воплощению этих идей, а также к более глубокому изучению совершенно новых, необычных свойств "наномира", который стал открывать людям свои тайны. Рассматривая отдельные атомы в качестве основных строительных элементов, нанотехнологи пытаются сейчас разработать практические способы конструирования из атомов с помощью механической наносборки новых материалов с заданными характеристиками. В их числе сверхплотные информационные носители, в которых информация будет кодироваться на молекулярном уровне, как это происходит, например, в ДНК, а потом создавать и сверхмалые механизмы - наномашины.

В 1998 г голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.