|
*** |
Фантастическое сегодняСергей Кравченко Манипуляция атомами, являвшаяся до недавнего времени лишь одним из "развлечений" ученых, сегодня начинает закладываться в большинство производственных процессов. На пороге - эра нанотехнологий... Предмет, который парит на фотографии вверху (а это действительно фотография), может быть принят за космический корабль из очередной серии "Звездных войн", либо за фантастический рельеф планеты из другой галактики. Но оба эти предположения окажутся очень далекими от действительности: на картинке - окружающий нас мир под микроскопом, точнее мир, который очень скоро будет нас окружать. Причудливый пейзаж из атомов с парящими над ним пирамидами является ни чем иным, как жестким диском завтрашнего дня, разрабатываемым сегодня в IBM с помощью нанотехнологий. Приручение атомного мира идет полным ходом, и плоды этого скоро окажутся на прилавках наших магазинов. Хотите подсмотреть за процессом и первыми результатами? Тогда приготовьтесь к погружению в атмосферу наномира... На пороге новых открытийТе, кто сегодня занимаются изучением атомных структур, почти всеми своими достижениями обязаны двум изобретениям начала восьмидесятых годов прошлого столетия. В 1981 г. ученые-физики Герд Бинниг (Gerd Binnig) и Гейнрих Рорер (Heinrich Rohrer) из исследовательской лаборатории IBM создали сканирующий туннелирующий микроскоп, позволивший им первыми увидеть отдельные атомы. А немного позднее, в 1986 г., Бинниг создал сканирующий силовой микроскоп, позволивший не только наблюдать, но и манипулировать атомами. За свои революционные изобретения ученые тогда были удостоены Нобелевской премии. А с созданием сканирующего микроскопа собственно началось развитие нанотехнологий - способов обработки частиц, размеры которых находятся в пределах от одного до ста нанометров (1 нм = 10-9 м). Для сравнения: отношение размеров одной наночастицы и футбольного мяча такое же, как у футбольного мяча и Земного шара. Сегодня Бинниг продолжает свои наноисследования в IBM, где он работает над технологией создания жестких дисков нового поколения без намагничивающих записывающих и считывающих головок - миллипеде. Носитель информации изготавливается из специального полимера, а отдельные биты на него записываются с помощью головки размером 3 на 3 мм, на которой имеется 1024 отдельных регулируемых щупа. Миллипеде работает по такому же принципу, что и сканирующий силовой микроскоп, правда, в микроскопе подложку атом за атомом ощупывает или обрабатывает только один-единственный игольчатый щуп. "Представьте перед собой гору спагетти, - говорит Бинниг, пытаясь наглядно объяснить свои эксперименты с жесткими дисками. - Просверлите отверстие внутрь в замерзших спагетти, отверстие будет держаться. При оттаивании спагетти снова соберутся вместе, и отверстие пропадет". Правда, в технологии миллипеде ничего не замораживается. Щупы головки миллипеде лишь слегка касаются полимера. Нагрев щупов вызывает проседание атомов - так возникает отверстие. Удаление данных также происходит в результате кратковременного теплового удара, при этом материал снова стягивается. Фактически в IBM заново изобрели перфокарту, правда, теперь уже в атомарном масштабе. По оценкам Биннига, уже в 2005 г. на рынке появятся первые жесткие диски, изготовленные по данной технологии. Они будут предназначены для небольших устройств типа мобильных телефонов и КПК, и будут иметь емкость около 10 ГБ. Проект миллипеде - это далеко не единственное наследство сканирующего микроскопа. В других исследованиях крошечные кронштейны микроскопа, которые еще называются консолями, оснащаются не только щупами, но и различными сенсорами. Если перед последними расположить какой-либо материал, то консоль изогнется, и возникнет электрический сигнал. Этот эффект можно использовать при проведении анализов и диагностике, например, в медицине. Крошечный элемент с несколькими такими пальцеподобными консолями может служить даже в качестве своеобразного искусственного носа. Манипуляции атомамиУченого Дона Айглера (Don Eigler), занимающегося изучением физики поверхности и наноструктур в исследовательском институте IBM, по праву можно назвать повелителем атомов. Именно ему в 1989 г. первому удалось с помощью сканирующего микроскопа сдвинуть отдельные атомы и переместить их в другое место. "Сегодня это сделать очень легко", - уверяет Айглер, демонстрируя весь процесс на своем ПК. Компьютер связан с микроскопом, установленным рядом в лаборатории на вибропрочном основании, охлажденном до предельно низких температур. Благодаря специальной программе с помощью мыши можно по своему желанию перекомпоновать атомы подопытного материала. Из своеобразной забавы Айглера возник интереснейший научный эксперимент. Ученый расположил атомы кобальта на поверхности меди таким образом, что они образовали замкнутый эллипс. После того, как он поместил дополнительный атом кобальта в одном из фокусов эллипса, он смог во втором (пустом) фокусе измерить сигнал, как будто бы там тоже находился атом. Каким образом нечто, чего на самом деле нет, выдает сигнал при сканировании? Наглядно это ученый объясняет с помощью эффекта шепота: в помещении, имеющем специальную архитектуру, можно услышать шепот человека, находящегося в другом конце помещения, в то время как разговор в ближайшем окружении совсем не будет слышен. Это происходит благодаря конструкции стен и потолков, которые в сумме целенаправленно отражают звуковые волны. Так как на квантовых поверхностях атомы ведут себя аналогично звуковым волнам, то в процессе эллипсного эксперимента ученые регистрировали в пустом фокусе своего рода шепот атома кобальта из другого фокуса. По оценкам Айглера, этот эффект можно использовать в будущем для передачи информации в наномир. Создание носителей информации на уровне наночастиц - это лишь одна из возможных сфер применения нанотехнологий. Другая, не менее интересная сфера - различные покрытия из наночастиц (нанопокрытия), придающие поверхностям ранее не принадлежавшие им свойства. Более того, некоторые исследователи уже задумываются над идеей самовоспроизводящихся наночастиц, ведь как удобно их будет выращивать в нужных количествах в производственных целях! А может даже удастся создать нанопокрытие, самовосстанавливающееся от повреждений? Но это пока лишь планы. Над чем в сфере нанопокрытий уже сейчас работают исследователи по всему миру? Чтобы ответить на этот вопрос, заглянем в несколько современных лабораторий... Преображенный бытОбходя промышленные помещения фирмы Nanogate, можно представить себя на месте Джеймса Бонда в гостях у его гениального снабженца мистера Q. Повсюду трудятся исследователи над созданием необычных предметов, таких как нецарапающиеся увеличительные стекла, незапотевающие очки и автомобильные стекла, для которых больше не нужны дворники. А в одном из помещений проходят испытания устройства зажигания для горелок обжига, изготовленные из керамики со специальным нанопокрытием. Оказывается, что применение нанопокрытия позволяет им работать быстрее обычных устройств зажигания и, главное, - бесшумно, в отличие от современных горелок. В других помещениях сотрудники Nanogate исследуют свойства новой наномази для лыж, позволяющей им лучше скользить по снегу. Рядом находится выставочный экспонат фирмы Nanogate: умывальник, на поверхности которого капли воды отталкиваются, грязь не пристает, и, как следствие, чистить его нет необходимости - мечта домохозяек. А в одном из уголков лаборатории установлен прототип солнечной батареи, эффективность которой повышена только за счет использования нового внутреннего покрытия. Все эти эксперименты Nanogate строятся вокруг новых поверхностных покрытий, состоящих из самоорганизующихся наночастиц. Благодаря использованию нанотехнологий сегодня можно целенаправленным образом комбинировать такие свойства материалов, которые раньше были несовместимыми. Например, легкость и прочность, прозрачность и электропроводность, гибкость и устойчивость к возникновению царапин. Одно из перспективных направлений работы Nanogate - создание прозрачных проводников и электродов для жидкокристаллических дисплеев. В институте экспериментальной физики при университете Саарбрюккена (Германия) изучаются основы создания черепицы, которая не мокнет и, следовательно, не покрывается мхом. Другое направление исследований в институте - нанотехнологические решения для электронных элементов. Физику-экспериментатору Уве Хартманну (Uwe Hartmann) уже удалось встроить намагниченные нанослои в чип, благодаря чему он теперь может регистрировать мельчайшие изменения магнитных полей. Крошечный сенсор перемещения может не только отличить самолет от автомобиля, но даже определить их тип на основе их магнитного поля. Специалисты DARPA (Агентство перспективных исследовательских проектов минобороны США), в недрах которого некогда родилась Internet, ищут применение нанотехнологиям во многих областях, но, пожалуй, наиболее интересным является сегодняшний проект подразделения Advanced Technology Office (ATO). Цель исследований фактически заключается в создании искусственных ДНК, с помощью которых можно будет затем строить ДНК-компьютеры и системы хранения данных. Для реализации же этого сотрудникам ATO предстоит разработать технологию, способную менее чем за 24 часа генерировать заданную заранее последовательность из 10 тысяч олигонуклеотидов (кирпичиков ДНК). Но если ДНК-компьютеры пока являются целью, дорога к которой только начинает прокладываться, то в области медицины нанотехнология уже дает конкретные результаты. Борьба с раковыми заболеваниями теперь будет вестись гораздо успешнее благодаря так называемым гипертермическим медикаментам, которые сегодня уже находятся на стадии клинического исследования в одной из больниц Берлина. Эти медикаменты состоят из небольших магнитных частиц, размером всего около 10 нм, которые поглощаются тканью опухоли. После поглощения частиц участок тела, содержащий опухоль, помещается в магнитное поле, которое приводит частицы в движение и тем самым разогревает их. При повышении температуры больного участка тела до определенного уровня клетки опухоли погибают. Планы врачей не останавливаются на изобретении новых способов борьбы со злокачественными опухолями. Они простираются гораздо дальше, вплоть до "подводной лодки" наноразмеров, которая движется по нашим венам, находит неисправности и восстанавливает повреждения. Но даже это не является пределом сегодняшних стремлений наноконструкторов. Уже существуют планы в отношении создания наноустройств, которые были бы построены из отдельных молекул. Речь идет о переключателях, шарикоподшипниках, приводах и целых двигателях. Некоторые исследователи мечтают даже о самовоспроизводящихся роботах. Многие эксперты сомневаются, что такие роботы когда-нибудь станут реальностью. Однако, как говорил когда-то Джеймс Бонд, никогда не говори никогда.
Источник: http://chip.ua/articles/
| ||
| ||
Copyright © "Internet Zone", info@izcity.com |