Физико-технологические основы нанотехнологии

быть полезны как ультралегкие структурные материалы для крыльев продвинутого самолета и космических аппаратов. Таким образом, ведутся интенсивные исследования  в обнаружении способа произвести nanotubes в больших количествах.

Научно-популярная статья по нанотехнологии.

Автор: Сергей Банников 

Карлики, которые изменят мир

Возможно, в недалеком будущем именно так и будет выглядеть молекулярный сборщик-многостаночник.

Безжалостный закон Мура (согласно которому производительность процессоров удваивается каждые 18-24 месяца) вместе с олимпийским принципом "быстрее-выше-сильнее" диктует темп развития современных информационных технологий. Для увеличения производительности интегральных схем их размеры должны становиться все меньше и меньше - ведь в конечном счете от линейных размеров транзисторов напрямую зависит их быстродействие. Как ни быстры электроны, скорость их движения в полупроводниках ограничена. Поэтому чем меньший путь им приходится преодолевать, тем быстрее работает интегральная схема. Простое повышение тактовой частоты работы схем упирается в проблему их эффективного охлаждения (современные процессоры уже греются не хуже электролампочек), поэтому уйти от миниатюризации никак не получится.

С этой целью производители осваивают все более и более строгие технологические нормы. Но подобное экстенсивное развитие вплотную приближает нас к тому роковому моменту, когда изготовить работоспособный транзистор классическими методами литографии станет невозможно чисто по физическим причинам. В самом деле, промышленно достигнутая технологическая норма 0.13 мкм позволяет создавать транзисторы порядка размером 1 мкм, и при этом они сохраняют свои функциональные характеристики. В перспективе законы физики обещают, что полевой транзистор размером 0.1 мкм также еще будет функционировать, как задумывалось, но здесь мы вплотную приближаемся к загадочному и интересному миру отдельных атомов и квантовых эффектов.

Окружающий нас мир состоит из атомов. К такому выводу пришли еще древние греки (достаточно вспомнить Демокрита). Правда, атомы (в переводе с греческого - неделимые) оказались состоящими из протонов, нейтронов и электронов. И свойства всех этих так называемых элементарных частиц оказались достаточно далеки от всего того, к чему привык человек в своем макромире. Настолько далеки, что для описания их поведения появилась самостоятельная наука - квантовая механика - которая оперирует совершенно иными понятиями, нежели классическая. Не вдаваясь в утомительные подробности, остановлюсь только на одном из многочисленных квантовых эффектов - туннельном.

Поведение всех элементарных частиц, в том числе и электронов, в большой степени определяется их энергией. Представьте себе высокую гору, у подножия которой стоит человек. Энергии (попросту говоря, сил) на то, чтобы преодолеть эту гору, у него просто нет. Но если бы он каким-то чудом перемахнул через гору, он мог бы продолжить путь дальше по дороге. В нашем макромире на такое чудо рассчитывать не приходится. Но в микромире ситуация совершенно иная. Если гора достаточно узкая (пусть даже и очень высокая), электрон может совершенно спокойно оказаться на другой стороне горы (как бы пройти сквозь несуществующий туннель в горе). Поэтому эффект и получил название туннельного. Роль гор в микромире выполняют, например, диэлектрики, которые вообще не проводят электрический ток. Тем не менее, при достаточно малых размерах электроны могут перескакивать с одного проводника интегральной схемы на другой, создавая совершенно нежелательные эффекты. Поэтому чем меньше обычный транзистор (не основанный изначально на квантовых эффектах), тем хуже он работает.

Одним из первых практических применений туннельного эффекта стало изобретение сканирующего туннельного микроскопа, при помощи которого впервые стало возможным получить изображение отдельных атомов. Краткая история этого замечательного достижения науки приведена на врезке. Но еще более интересен этот прибор тем, что с его помощью стало