Лекция 1
.pdfИстория нанотехнологий
• 80е годы:
Атомно-силовой микроскоп;
Обнаружены ступени на ВАхарактеристике точечных контактов (квантование проводимости);
Многослойные материалы с гигантским магнитным сопротивлением.
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
31 |
История нанотехнологий
• 1991 – Фотонные кристаллы |
• 1991 – Углеродные нанотрубки |
(Э. Яблонович) |
(С. Ижима) |
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
32 |
НФН США (1996)
Изучение текущего мирового состояния науки о наносистемах (nanoscience), направлений и перспектив её развития.
Обобщения:
•Наноструктурированные материалы проявляют новые физические и химические свойства в сравнении с объёмными материалами
•Наука о наносистемах носит междисциплинарный характер
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
33 |
Общие свойства наноматериалов
Многие фундаментальные свойства материи изменяются при переходе к наномасштабам.
Цвет, растворимость, жесткость материала, электрическая проводимость, намагничиваемость, подвижность различных средах, химическая и биологическая активность.
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
34 |
Общие свойства наноматериалов
Характеристическая длина:
•Длина волны электрона (оптические свойства)
•Длина свободного пробега (электросопротивление)
•Дальность ферромагнитного взаимодействия (магнитные свойства)
•…
•Изменяется соотношение поверхностных атомов и атомов, находящихся в объеме частицы
•Меняются механические, термические, электрические, магнитные, оптические и другие свойства вещества.
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
35 |
Почему наноматериалы?
«Представьте, что человеческое тело распалось на простейшие составляющие. В этой ситуации мы сможем собрать достаточно большое количество, водорода, кислорода, азота, углерода и кальция; заметное количество металлов, таких как железо, магний и цинк; и малое количество других химических элементов. Общая стоимость этих материалов меньше стоимости пары хороших туфель. Неужели человек стоит так мало?
Очевидно, нет. Дело во взаимном расположении этих элементов, в структуре, которую они формируют, и которая, таким образом, позволяет человеку есть, говорить, думать и воспроизводится. В этом контексте, мы должны спросить себя: что если мы последуем за природой и научимся строить то, что нам нужно, атом за атомом и молекулу за молекулой».
M. Ashby, P. Ferreira, D. Schodek, Nanomaterials, Nanotechnologies and Design // Copyright 2009 Elsevier Ltd.
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
36 |
Подходы к синтезу наноматериалов
«Сверху-вниз»
«Снизу-вверх»
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
37 |
Подход «Сверху-вниз» и закон Мура
Появление новых моделей микросхем наблюдается спустя примерно одинаковые периоды (18—24 мес.) после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастает каждый раз приблизительно вдвое.
1011 - это число нейронов в мозге человека!
К 2020 году технология «сверху-вниз» достигнет своего физического предела:
•
•
Многократное возрастание стоимости процессоров
Смена технологии изготовления процессоров
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
38 |
Манипулирование отдельными нанообъектами?
Fe на Cu (111) |
Xe на Ni (110) |
CO на Pt (111) |
СТМ время деньги
•Искусственная сборка на молекулярном уровне практически невозможна!
•Лучший вариант – самосборка и самоорганизация
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
39 |
«Снизу - вверх» - самосборка и самоорганизация
В.А. Горбунов, Омск 2013 |
40 |