Лекция 1

История 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