Применение наноматериалов в электронной технике и их переработка реферат

Обновлено: 04.07.2024

История развития нанотехнологии

Немецкими физиками Гердом Бинниг и Генрихом Рорером был создан сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который позволил манипулировать веществом на атомарном уровне (1981 г.), Позже они получили за эту разработку Нобелевскую премию. Сканирующий атомно-силовой (АСМ) микроскоп еще больше расширил типы исследуемых материалов (1986 г.).

В 1985 году Роберт Керл, Харольд Крото, Ричард Смолли открыли новый класс соединений — фуллерены (Нобелевская премия, 1996 год).

В 1988 году независимо друг от друга французский и немецкий ученые Альберт Ферт и Петер Грюнберг открыли эффект гигантского магнетосопротивления (ГМС) (в 2007г. присуждена Нобелевская премия по физике), после чего магнитные нанопленки и нанопровода стали использоваться для создания устройств магнитной записи. Открытие ГМС стало основой для развития спинтроники. С 1997 года компания IBM в промышленных масштабах начала изготавливать спинтронных приборы — головки для считывания магнитной информации на основе ГМС размерами 10-100 нм.

ГМС, или, иначе, гигантское магнетосопротивление (англ. giant magnetoresistance сокр., GMR) — представляет собой эффект изменения электрического сопротивления образца под действием магнитного поля (преимущественно в гетероструктурах и сверхрешетках), отличающееся от магнетосопротивления масштабом эффекта (возможно изменение сопротивления на десятки процентов, в отличие от магнетосопротивления, когда изменение сопротивления не превышает единиц процентов). Его открытие сделало возможным разработку современных носителей информации для компьютеров — накопителей на жестком магнитном диске (HDD)

1991 год ознаменовался открытием углеродных нанотрубок японским исследователем Сумио Ииджимою.

В 1998 году впервые создан транзистор на основе нанотрубок Сизом Деккером (голландский физик). А в 2004 году он соединил углеродную нанотрубку с ДНК, впервые получив полноценный наномеханизм, открыв тем самым путь к развитию бионанотехнологии.

2004 год — открытие графена, за исследования его свойств А. К. Гейму и К. С. Новоселову в 2010 г. присуждена Нобелевская премия по физике. Известные фирмы IBM, Samsung финансируют научные проекты с целью разработки новых электронных устройств, смогли бы заменить кремниевые технологии.

Общая характеристика нанотехнологий и наноматериалов

1 нанометр (нм) = 10 -9 метра.

На сегодня основными отраслями нанотехнологий являются: наноматериалы, наноинструменты, наноэлектроника, микроэлектромеханические системы и нанобиотехнологии.

получения наноматериалов с заданной структурой и свойствами;
применения наноматериалов по определенному назначению с учетом их структуры и свойств;
контроль (исследования) структуры и свойств наноматериалов как в ходе их получения, так и в период их применения.

Существует два основных подхода к нанопроизводства: сверху вниз и снизу вверх . Технология сверху вниз заключается в измельчении материала, имеющего большие размеры (массивный материал), до наноразмерных частиц. При подходе снизу вверх продукты нанопроизводства создаются путем выращивания (создания) их из атомного и молекулярного масштабов.

Производство на наноуровне известно как нанопроизводств — предусматривает масштабные мероприятия, создание надежного и экономически эффективного производства наноразмерных материалов, конструкций, устройств и систем. Оно предусматривает исследования, разработки и интеграции технологий сверху вниз и более сложную — снизу вверх или процессы самоорганизации.

Наноматериалы — это дисперсные или массивные материалы (структурные элементы — зерна, кристаллиты, блоки, кластеры), геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм и имеющие качественно новые свойства, функциональные и эксплуатационные характеристики, которые проявляются вследствие наномасштабных размеров.

Все вещества в начальном состоянии или после определенного обработки (измельчения) имеют разную степень дисперсности, размер составляющих частиц можно не увидеть невооруженным глазом.

Объекты с размерами в пределах 1-100 нм принято считать нанообъектами , но такие ограничения являются весьма условными. При этом данные размеры могут касаться как всего образца (нанообъектом является весь образец), так и его структурных элементов (нанообъектом является его структура). Геометрические размеры некоторых веществ приведены в таблице.

Основные преимущества нанообъектов и наноматериалов состоит в том, что за малых размеров в них проявляются новые особые свойства, не характерные этим веществам в массивном состоянии.

Классификация вещества в зависимости от степени дисперсности

состояние вещества	раздробленность вещества	Степень дисперсности, см -1	Число атомов в частице, шт.
макроскопическое	грубодисперсная	10 0 -10 2	> 10 18
Средство наблюдения: невооруженный глаз
микроскопическое	тонкодисперсная	10 2 -10 5	> 10 9
Средство наблюдения: оптический микроскоп
коллоидное	ультрадисперсных	10 5 -10 7	10 9 -10 2
Средство наблюдения: оптический ультрамикроскоп, электронный и сканирующий зондовый микроскоп
Молекулярное, атомное и ионное	Молекулярная, атомная и ионная	> 10 7	2
Средство наблюдения: микроскоп с высоким разрешением (
пример	геометрический размер
наномир	атом водорода	0,18 нм
Сечение молекулы ДНК	2 нм
Длина видимого света	400-700 нм
микромир	пыль	800 нм
Эритроцит (диаметр)	7,2 мкм
макромир	Толщина компакт-диска	1,2 мм
насекомые	4-10 мм

Нанообъекты одномерные (1D) — углеродные нанотрубки и нановолокна, наностержни, нанопровода, то есть цилиндрические объекты с одним измерением в несколько микрон и двумя нанометровыми. В данном случае один характерный размер объекта, по крайней мере на порядок превышает два других.

Нанообъекты двумерные (2D) — покрытие или пленки толщиной несколько нанометров на поверхности массивного материала (подложке). В этом случае только одно измерение — толщина должна нанометровые размеры, два других являются макроскопическими.

Особые свойства наноматериалов

В макромасштабе химические и физические свойства материалов не зависят от размера, но при переходе к наномасштабу все меняется, включая цвет материала, точку плавления и химические свойства. В нанокристаллических материалах существенно изменяются механические свойства. При определенных условиях эти материалы могут быть сверхтвердыми или сверхпластичными. Твердость нанокристаллического никеля при переходе к наноразмерных размеров увеличивается в несколько раз, а прочность на растяжение возрастает в 5 раз. Температура плавления кластеров (более 1000 атомов) золота становится такой же как и для объемного золота. Добавление наноструктурированного алюминия в ракетное топливо радикально меняет его скорость сгорания. Теплопроводность моторного масла существенно возрастает при добавлении многослойных углеродных нанотрубок.

Так, в нанокристаллических и нанопористых материалах резко увеличивается удельная поверхность, то есть доля атомов, находящихся в тонком (~ 1 нм) приповерхностном слое. Это приводит к повышению реакционной способности нанокристаллов, поскольку атомы, находящиеся на поверхности, имеют ненасыщенные связи в отличие от тех, что находятся в объеме и связанных с соседними атомами.

Экспериментальные данные, полученные в разных лабораториях для нанопорошков, свидетельствуют, что в большинстве случаев чувствительность к возгоранию от электрической искры, сталкивания или механического трения и интенсивность горения возрастают при уменьшении размера частиц в пылевом облаке (и соответственно при увеличении удельной поверхности).

Если металлические частицы имеют размеры порядка мкм — нм, то их минимальная энергия воспламенения (МЭЗ) значительно уменьшается и составляет менее 1 мДж (это нижняя граница чувствительности аппарата, который обычно используется для измерения МЭЗ). Была изучена зависимость размеров частиц Al, полиэтилена и оптического отбеливателя от МЭЗ. Результаты по огнеопасности Al приведены в таблице. Согласно полученным данным, максимальное давление взрыва P_max возрастает при переходе в нанодиапазон, минимальная концентрация воспламенения (МКЗ) существенно не меняется, а МЭЗ резко уменьшается как минимум, в 60 раз.

1. НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ – ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ

стремление к миниатюризации изделий,
уникальными свойствами материалов в наноструктурном состоянии,
необходимостью разработки и внедрения новых материалов с качественно и количественно новыми свойствами,
развитие новых технологических приемов и методов, базирующиеся на принципах самосборки и самоорганизации,
практическое внедрение современных приборов исследования и контроля наноматериалов (зондовая микроскопия, ретгеновксие методы, нанотвердость)
развитие и внедрение новых технологий (ионно-плазменные технологии обработки поверхности и создания тонких слоев и пленок, LIGA-технологии, представляющие собой последовательность процессов литографии, гальваники и формовки, технологий получения и формования нанопорошков и т.п.).

2. ПОНЯТИЕ О НАНОМАТЕРИАЛАХ. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ И ТИПЫ СТРУКТУР НАНОМАТЕРИАЛОВ.

2.1 Терминология

Терминология по наноматериалам и нанотехнологиям в настоящее время только устанавливается. Существует несколько подходов к тому, как определять, что такое наноматериалы (рис. 2.1).
Самый простой подход связан с геометрическими размерами структуры таких материалов. Согласно такому подходу материалы с характерным размером микроструктуры от 1 до 100 нм называют наноструктурными (или иначе нанофазными, нанокристаллическими, супрамолекулярными) 6.
Выбор такого диапазона размеров не случаен, а определяется существованием ряда размерных эффектов и совпадением размеров кристаллитов с характерными размерами для различных физических явлений. Нижний предел считается связанным с нижним пределом симметрии нанокристаллического материала [21,22]. Дело в том, что по мере снижения размера кристалла, характеризующегося строгим набором элементов симметрии, наступает такой момент, когда будет наступать потеря некоторых элементов симметрии. По данным [21,22] для наиболее широко распространенных кристаллов с ОЦК и ГЦК решеткой такой

3s/D, где s — ширина приграничной области. При разумном значении s около 1 нм 50%-я доля поверхностей раздела достигается при D = 6 нм.
Существует так же подход [5], в соответствии с которым для наноматериалов наибольший размер одного из структурных элементов должен быть равен или быть меньше, размера, характерного для определенного физического явления. Так для прочностных свойств это будет размер бездефектного кристалла, для магнитных свойств – размер однодоменного кристалла, для электропроводности – длина свободного пробега электронов. Существенными недостатками такого подхода являются [5,24], во-первых, несоответствие размеров структурных элементов для разных свойств и материалов и, во-вторых, различность характерных размеров для разных состояний одного и того же материала (например, отдельные частицы нанопорошка и зерна в поликристалле – см. табл. 2.1).
Некоторые ученые [12] считают, что если при уменьшении объема какого-либо вещества по одной, двум или трем координатам до размеров нанометрового масштаба возникает новое качество, или это качество возникает в композиции из таких объектов, то эти образования следует

Таблица 2.1 Расчетные значения размеров частиц и зерен, не содержащих дислокационных петель, нм [5].
Материал	Cu	Al	Ni	a-Fe
отдельные частицы порошка	250	60	140	23
зерна в поликристалле	38	18	16	3

2.2. Основы классификации наноматериалов

В соответствии с приведенной на предыдущей странице терминологией наноматериалы можно разделить на четыре основные категории (рис. 2.1).

Рис. 2.2 Классификация наноматериалов.
Первая категория включает материалы в виде твердых тел, размеры которых в одном, двух или трех пространственных координатах не превышают 100 нм. К таким материалам можно отнести наноразмерные частицы (нанопорошки), нанопроволоки и нановолокна., очень тонкие пленки (толщиной менее 100 нм), нанотрубки и т.п. Такие материалы могут содержать от одного структурного элемента или кристаллита (для частиц порошка) до нескольких их слоев (для пленки). В связи с этим первую категорию можно классифицировать как наноматериалы с малым числом структурных элементов или наноматериалы в виде наноизделий
Вторая категория включает в себя материалы в виде малоразмерных изделий с характеризующим размером в примерном диапазоне 1 мкм…1 мм. Обычно это проволоки, ленты, фольги. Такие материалы содержат уже значительное число структурных элементов и их можно классифицировать как наноматериалов с большим числом структурных элементов (кристаллитов) или наноматериалы в виде микроизделий.
Третья категория представляет собой массивные (или иначе объемные) наноматериалы с размерами изделий из них в макродиапазоне (более нескольких мм). Такие материалы состоят из очень большого числа наноразмерных элементов (кристаллитов) и фактически являются
поликристаллическими материалами с размером зерна 1…100 нм. В свою очередь третью категорию наноматериалов можно разделить на два класса..
В первый класс входят однофазные материалы (в соответствие с терминологией [5] микроструктурно однородные материалы), структура и/или химический состав которых изменяется по объему материала только на атомном уровне. Их структура, как правило, находится в состоянии далеком от равновесия. К таким материалам относятся, например, стекла, гели, пересыщенные твердые растворы. Ко второму классу можно отнести микроструктурно неоднородные материалы, которые состоят из наноразмерных элементов (кристаллитов, блоков) с различной структурой и/или составом. Это многофазные материалы, например, на основе сложных металлических сплавов.
Вторая и третья категории наноматериалов подпадают под более узкие определения нанокристаллических или нанофазных материалов [5-8 ].
К четвертой категории относятся композиционные материалы, содержащие в своем составе компоненты из наноматериалов. При этом в качестве компонентов могут выступать наноматериалы, отнесенные к первой категории (композиты с наночастицами и/или нановолокнами, изделия с измененным ионной имплантацией поверхностным слоем или тонкой пленкой) и второй категории (например, композиты упрочненные волокнами и/или частицами с наноструктурой, материалы с модифицированным наноструктурным поверхностным слоем или покрытием). Можно выделить также композиционные материалы со сложным использованием нанокомпонентов.

2.3. Основные типы структур наноматериалов

Свойства наноматериалов в значительной степени определяются характером распределения, формой и химическим составом кристаллитов (наноразмерных элементов), из которых они состоят. В связи с этим целесообразно классифицировать структуры наноматериалов по этим признакам (рис. 2.2). По форме кристаллитов наноматериалы можно разделить на слоистые (пластинчатые), волокнистые (столбчатые) и равноосные 5. Разумеется толщина слоя, диаметр волокна и размер зерна при этом принимают значения порядка 100 нм и менее. Исходя из особенностей химического состава кристаллитов и их границ обычно выделяют четыре группы наноматериалов5. К первой относят такие материалы, у которых химический состав кристаллитов и границ раздела одинаковы. Их называют также однофазными. Примерами таких материалов

Э. Теллер

Вся история электроники — стремление к уменьшению размеров, увеличению быстродействия и массовость производства. Этим тенденциям она будет следовать постоянно.
Гордон Мур (Gordon Moore) — один из основателей компании Intel — установил, что плотность логических элементов микросхем удваивается каждые полтора года. На основании этой закономерности в 1965 году, когда плотность составляла 50 компонентов на кристалле, он предрекал, что в 1975 году она составит 65 тыс. компонентов на кристалле, что и произошло. Эта тенденция действует до сих пор, и стала она называться Законом Мура.
В наше время процессор Itanium компании Intel содержит миллиарды логических элементов. Высокая плотность размещения элементов на кристалле достигается в первую очередь за счет успехов в улучшении разрешающей способности литографии. Сегодня разрешение в 130 нм является рядовым достижением, но уже существуют производства с размерами элементов 65 и 43 нм. В такие размеры укладывается цепочка из 300 и 200 атомов. Сейчас ученые и инженеры компании Intel планируют перейти рубеж в 20 нм.
Уменьшение размеров компонентов продолжается, однако предел будет достигнут очень скоро, когда размер логического элемента на кристалле станет равным размеру атома. Специалисты считают, что это произойдет к 2020—2030 г.г. Более мелкие компоненты компьютеров будущего, вероятно, будут состоять из субатомных частиц.

Свойство

Графен

Обычные материалы

Модуль упругости, ГПа

Максимальная плотность тока, А/см 2

Плотность, г/см 3

Новые эффекты нанотехнологий связаны не только с уменьшением размеров компонентов систем. Благодаря более малым размерам ученые надеются выйти на новый качественный уровень полупроводниковой электроники и создать совершенно новые поколения процессоров.
На мономолекулярном уровне нанотехнологии позволяют получать качественно новые результаты. Например, разбивка сплошного материала на наночастицы увеличивает общую площадь поверхности в миллионы раз. Большая площадь поверхности означает увеличенную реактивную способность. Наноматериалы плавятся, воспламеняются и абсорбируют гораздо легче, чем их сплошные массивные аналоги. Например, массивный брусок золота является химически инертным, а золотое нанокольцо действует как катализатор. Ученые Ростокского Университета (Германия) полагают, что бессвинцовые припои могут плавиться при меньших температурах за счет введения в них определенных наночастиц.
Некоторые наноматериалы с уменьшением размеров (менее длины волны видимого света) становятся прозрачными. Благодаря этому эффекту ученые научились передавать свет через такие непрозрачные материалы, как, например, кремний.
Другие материалы становятся чрезвычайно прочными. Например, углеродные нанотрубки обладают очень высокой прочностью и гибкостью, поскольку их атомарная структура — это структура алмаза.

Однако в наномире все еще много загадочного. Например, наноматериалы не подчиняются законам механики Ньютона. Дело в том, что в наномасштабе доминируют законы квантовой механики. Этот раздел физики описывает поведение вещества на атомарном и ядерном уровне. На этих уровнях энергия, импульс и другие свойства изменяются не непрерывно, как на макроскопическом уровне, а дискретно, то есть неделимыми порциями, или квантами.
Законы механики Ньютона прекрасно объясняют движение планет и траекторию движения биллиардных шаров, а законы квантовой механики описывают поведение молекул, атомов и других объектов наномира. Механика Ньютона не может удовлетворительно объяснить стабильность атомов, а также такие явления, как сверхпроводимость и сверхтекучесть.
В отличие от классической механики, квантовая механика способна объяснить некоторые поистине необычные явления. Прежде всего, это корпускулярно-волновой дуализм — наличие у нанообъектов свойств, присущих волнам и частицам (на уровне волны Дебройля). Квантовая механика лежит в основе современной и будущей электроники. Применение ее законов для создания новых нанотехнологий станет залогом успеха в будущем.

Стандартная кремниевая микропроцессорная технология вскоре достигнет своего физического предела. Создателям будущих микропроцессоров потребуется найти новые технологии, которые позволили бы им повысить плотность транзисторов в микрочипе и создать новые мощные микропроцессоры.
В настоящее время для создания микропроцессоров используется фотолитография. Эта технология основана на принципе фотопечати, то есть с помощью света топология электрической схемы проецируется на кремниевую подложку.
В современных компьютерах используются сотни микропроцессоров с миллионами транзисторов. Компании — производители микропроцессоров стремятся создавать все более миниатюрные транзисторы для увеличения их плотности в микропроцессорах.
Одним из наиболее важных ограничивающих факторов литографии является длина волны света. Чем короче длина волны, тем меньше вытравленные па подложке элементы топологии схемы и выше плотность транзисторов. А чем выше плотность транзисторов, тем больше вычислительная мощность микропроцессора. Именно по этой причине процессор Intel Pentium-4 имеет 42 млн. транзисторов, а процессор Intel Pentium-3 — всего 28 млн.
Литография — это, по сути, технологический процесс репликации чертежа микросхемы на подложку. Достоинства и недостатки этого процесса определяют производительность и стоимость микросхем. Литография включает этапы создания маски, экспозиции, нанесения и проявления фоторезиста, травления кремния и т. д. Сокращение или повышение эффективности любого из этих этапов позволяет уменьшить стоимость созданных микросхем.
Современные кремниевые чипы создаются с использованием ультрафиолетового света с очень короткой длиной волны (deep-ultraviolet lithography). В настоящее время ведутся интенсивные исследования возможностей использования литографии на основе экстремального ультрафиолетового света (extreme-ultraviolet lithography) с длиной волны около 10…15 нм. С его помощью можно настолько увеличить плотность транзисторов в микропроцессорах, что они станут мощнее почти в 100 раз. Некоторые специалисты считают, что эта задача будет решена уже к 2012 г.

Ученые из Университета штата Иллинойс (США) создали биполярный транзистор, который способен работать с частотой 600 ГГц. Они предполагают в скором времени создать транзистор, который сможет преодолеть терагерцовый барьер и стать основой для высокоскоростных вычислений. Имея меньший размер, терагерцовый нанопроцессор будет содержать в 25 раз больше транзисторов, работать в 25 раз быстрее и потреблять меньше энергии, чем чип Pentium-4. Компания Intel планирует создать такой чип на основе нанотразисторов. Полевой транзистор на основе фосфида индия и арсенида галлия содержит коллектор, базу и эмиттер. Именно на таком транзисторе ученым удалось получить частоту 604 ГГц и славу создателей самого быстрого транзистора в мире.
Работающие на высоких скоростях транзисторы переносят ток высокой плотности и сильно перегреваются, настолько, что при этом может происходить плавление их отдельных компонентов. В новых композитных биполярных транзисторах поддерживается более низкая плотность тока. С помощью новых материалов ученые и инженеры стремятся повысить вероятность успешного создания терагерцового транзистора уже в недалеком будущем. Более быстрые транзисторы позволят создать более быстрые микропроцессоры, а значит более мощные компьютеры и эффективные электронные системы для связи, промышленности и армии.
Как все эти достижения связаны с нанотехнологиями? За последние 35 лет специалисты компании Intel научились создавать все более миниатюрные чипы и их компоненты. В настоящее время отдельные компоненты этих чипов уже вышли за пределы микрометрового диапазона в сторону наноразмеров, то есть стали меньше 100 нм. Сейчас ученые и инженеры компании Intel планировали перейти рубеж в 20 нм. Это достижение позволит компании Intel стать самой крупной нанотехнологической компанией в мире.

Специалисты прогнозируют, что полупроводниковая индустрия с современными стандартными технологиями достигнет физического предела миниатюризации электронных компонентов к 2015–2020 г.г. После этого инженерам не удастся далее сокращать размеры элементов кремниевых микропроцессоров. С приближением этого времени компании — производители микропроцессоров хотели бы сохранить свое лидирующее положение на рынке. Будущий успех они связывают с нанотехнологиями.
В 2005 г. полупроводниковые компании получили совокупный доход около 214 млрд. долл. США. Пройдет немало времени, пока нанотехнологические компании достигнут такого уровня доходов. Но чтобы удваивать вычислительную мощность компьютеров каждые полтора года, согласно закону Мура, компьютерная промышленность должна постоянно находить новые технологии, архитектуры и материалы. Нельзя сказать, что эта задача недостижима, ведь некоторые производители микропроцессоров уже преодолели рубеж в 43 нм. Фактически в своей работе они уже используют нанотехнологии.
Во втором десятилетии XXI века производители микропроцессов, которые инвестируют огромное количество средств в нанотехнологии, будут приобретать перспективные компании, которые смогут создавать свои нанотехнологии, а также интегрировать уже имеющиеся методы и материалы.

Молекулы ДНК можно присоединять к более крупным структурам (например, металлическим и органическим частицам, нанотрубкам, микроструктурам и кремниевым поверхностям). В будущем микроэлектронные массивы и ДНК-компоненты могут позволить ученым и инженерам регулировать самосборку двухмерных и трехмерных электронных цепей и устройств внутри более крупных полупроводниковых структур. В этом случае электрически управляемая самосборка ДНК может охватить широкий круг потенциальных применений.
Например, исследователи из Израиля уже связали транзисторы с нитями ДНК. Группа физиков под руководством Эреза Брауна (Erez Braun) из Израильского технологического института разработала двухэтапный процесс такой связи. Во-первых, они использовали белки, которые способны связать углеродные нанотрубки с особыми местами нити ДНК. Затем им понадобилось превратить остальную часть молекулы ДНК в электропроводящую проволоку. Поскольку ДНК не проводит электричество, было необходимо присоединить металлический проводник к нити ДНК, Для этого молекулу ДНК покрыли белками бактерии Е. со/г. Затем углеродные нанотрубки (покрытые антителами) прикрепили к белку, а потом поместили в раствор, где ионы серебра стали связываться с фосфатными группами ДНК, но только в местах, где не было белков Е.coli. Альдегид (углерод с присоединенной группой с электрическим зарядом) превратил ионы серебра в атомы, которые образовали основу проводника. Углеродная нанотрубка обоими концами была соединена с золотой и серебряной проволокой и функционировала как транзистор при приложении переменного напряжения. В зависимости от приложенного напряжения нанотрубки либо замыкали щель между проволоками (и цепь в целом), либо размыкали ее. Так с помощью биологического процесса ученые научились соединять оба устройства.
Аналогичный метод можно применить для создания самособирающихся систем на основе ДНК структур и цепей. Хотя это всего лишь один крошечный шаг к молекулярным вычислительным устройствам, самособирающимся на основе ДНК, но есть надежда, что в ближайшем будущем таким образом можно будет создавать крупные самособирающиеся электронные устройства (например, компьютеры). Оперируя на атомарном уровне, ученые и инженеры смогут организовать передачу и обработку информации в малых молекулярных устройствах.

Необходимость создания сложной электроники и электрических компонентов на молекулярном уровне способствовала быстрому появлению и развитию новых наномасштабных методов управления нанопроцессами. На этом уровне огромное значение имеют точные измерения для определения состояния процесса. Кинетические и квантовые эффекты существенно меняют электрические и тепловые свойства материалов и устройств. И их нужно вовремя регистрировать, чтобы управлять процессом.
Проводящие наноструктуры могут применяться для наномасштабных измерений. Некоторые лаборатории уже активно используют движение отдельных электронов в качестве стандартных измерительных инструментов электрического тока и емкости. Кроме того, ученые успешно измеряют свойства атомарных проводов и других электромагнитных наноструктур.
Будущие наноструктуры, вероятно, будут использоваться в чрезвычайно широком спектре — от квантовых вычислений до сенсоров отдельных частиц и атомарных взаимодействий. Квантовые эффекты очень слабы с точки зрения макромасштаба, а потому для их измерения и управления требуются более точные инструменты.

Читайте также: