Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
4.2. Нанотехнологии и нанокомпьютеры
О возможности создания нанотехнологий ещё в 50-е годы XX века заявил Ричард Фейнманн, решая задачу компактного хранения увеличивающегося объёма данных. Нанотехнологии способны радикально изменить весь мир, изменив как инструменты обработки информации – компьютеры, так и методы их использования.
Различить отдельный конкретный атом с помощью какого-либо оптического прибора в принципе невозможно, так как оптические приборы работают со световыми колебаниями. Их разрешающей способностью является расстояние между двумя объектами, на котором объекты ещё отличимы друг от друга (т.е. расстояние не превышает длины волны световых колебаний). Длина волны видимого света составляет около 500 нм, что в тысячи раз превышает расстояние между атомами.
С точки зрения современной физики, электрон является не только частицей, но и волной, колебанием. Длина этой волны меньше расстояния между двумя атомами, поэтому можно увидеть отдельный атом (отличить его от других атомов) посредством электронных волн в микроскоп с «электронным светом». В 80-х гг. создали такой микроскоп, названный сканирующим туннельным микроскопом (СТМ). Основная идея СТМ состоит в том, чтобы в вакууме перемещать над поверхностью твёрдого тела кончик острой иглы, к которой приложено напряжение. Если расстояние между образцом и кончиком иглы достаточно мало, то электроны туннелируют (перескакивают) с острия иглы на образец, образуя ток туннелирования. Водя иглой по образцу и измеряя ток, исследователи получают возможность нанести на карту расположение микроскопических (атомных размеров) холмов и долин на поверхности образца. В 1986 г. изобретатели СТМ были удостоены Нобелевской премии. Сканирующий туннельный микроскоп, умещающийся на ладони, имеет разрешение по вертикали детали размером в одну десятую диаметра атома водорода. Разрешающая способность сканирующего острия шириной всего в несколько атомов допускает разрешение детали горизонтальной плоскости размером не более 0,2 нм. Уже удалось изготовить остриё шириной в один атом. Наконечник иглы выполнен в форме пирамиды, предпоследний и последний слои которой состоят из трёх и одного атомов соответственно. СТМ позволяет не только видеть, но и перемещать атомы.
Например, в 1980 г. сотрудники фирмы IBM нанесли на никелевую подложку 35 атомов ксенона, выложив из них название своей компании. Манипулируя отдельными атомами и молекулами, принципиально
возможно создавать новые устройства разных размеров: от микроскопических, неразличимых для невооружённого глаза, до устройств планетарного масштаба, по величине превосходящих Землю.
Любое устройство содержит огромное количество атомов. Чтобы изготовить его с помощью нанотехнологий, каждый атом нужно переместить на отведённое ему место. Уже найдены интереснейшие способы применения нанотехнологий, и их количество увеличивается с каждым днём. Нанотехнологии немыслимы без компьютеров, коммуникаций и программирования. Роботы-сборщики будут получать и обрабатывать информацию извне, а также обмениваться информацией друг с другом, ретранслируя её и образуя коммуникационные сети. Микророботов и программы для них придётся создавать сначала на обычных компьютерах, а затем на нанокомпьютерах, которые будут состоять из мельчайших деталей, образованных всего несколькими тысячами атомов. Прогнозы не так уж фантастичны.
Практическое применение нанотехнологий уже происходит. Бизнесмены и государственные деятели вкладывают огромные суммы денег в инвестиции, направляемые на развитие нанотехнологий. Промышленное применение нанотехнологий уже происходит, а спустя еще десятилетие нанотехнологии будут образовывать заметный сектор в мировой экономике и в российской экономике в частности.