Tools and techniques of nanotechnology

Tools and techniques of nanotechnology

There are several important modern developments. The atomic force microscope (AFM) and the Scanning Tunneling Microscope (STM) are two early versions of scanning probes that launched nanotechnology. There are other types of scanning probe microscopy. Although conceptually similar to the scanning confocal microscope developed by Marvin Minsky in 1961 and the scanning acoustic microscope (SAM) developed by Calvin Quate and coworkers in the 1970s, newer scanning probe microscopes have much higher resolution, since they are not limited by the wavelength of sound or light.

The tip of a scanning probe can also be used to manipulate nanostructures (a process called positional assembly). Feature-oriented scanning methodology suggested by Rostislav Lapshin appears to be a promising way to implement these nanomanipulations in automatic mode. However, this is still a slow process because of low scanning velocity of the microscope.

Various techniques of nanolithography such as optical lithography, X-ray lithography dip pen nanolithography, electron beam lithography or nanoimprint lithography were also developed. Lithography is a top-down fabrication technique where a bulk material is reduced in size to nanoscale pattern.

Another group of nanotechnological techniques include those used for fabrication of nanotubes and nanowires, those used in semiconductor fabrication such as deep ultraviolet lithography, electron beam lithography, focused ion beam machining, nanoimprint lithography, atomic layer deposition, and molecular vapor deposition, and further including molecular self-assembly techniques such as those employing di-block copolymers. The precursors of these techniques preceded the nanotech era, and are extensions in the development of scientific advancements rather than techniques which were devised with the sole purpose of creating nanotechnology and which were results of nanotechnology research.

The top-down approach anticipates nanodevices that must be built piece by piece in stages, much as manufactured items are made. Scanning probe microscopy is an important technique both for characterization and synthesis of nanomaterials. Atomic force microscopes and scanning tunneling microscopes can be used to look at surfaces and to move atoms around. By designing different tips for these microscopes, they can be used for carving out structures on surfaces and to help guide self-assembling structures. By using, for example, feature-oriented scanning approach, atoms or molecules can be moved around on a surface with scanning probe microscopy techniques. At present, it is expensive and time-consuming for mass production but very suitable for laboratory experimentation.

In contrast, bottom-up techniques build or grow larger structures atom by atom or molecule by molecule. These techniques include chemical synthesis, self-assembly and positional assembly. Dual polarisation interferometry is one tool suitable for characterisation of self assembled thin films. Another variation of the bottom-up approach is molecular beam epitaxy or MBE. Researchers at Bell Telephone Laboratories like John R. Arthur. Alfred Y. Cho, and Art C. Gossard developed and implemented MBE as a research tool in the late 1960s and 1970s. Samples made by MBE were key to the discovery of the fractional quantum Hall effect for which the 1998 Nobel Prize in Physics was awarded. MBE allows scientists to lay down atomically precise layers of atoms and, in the process, build up complex structures. Important for research on semiconductors, MBE is also widely used to make samples and devices for the newly emerging field of spintronics.

However, new therapeutic products, based on responsive nanomaterials, such as the ultradeformable, stress-sensitive Transfersome vesicles, are under development and already approved for human use in some countries.

Есть несколько важных современных разработок.Атомно-силового микроскопа (АСМ) и сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) два ранних версиях сканирующих зондов, которые начали нанотехнологий. Существуют и другие типы сканирующей зондовой микроскопии. Хотя концептуально похож на сканирующей конфокальной микроскопии разработаны Марвин Мински в 1961 году и сканирующего акустического микроскопа (СЭМ), разработанная Calvin Quate и коллегами в 1970-х, новые сканирующие зондовые микроскопы имеют гораздо более высокое разрешение, так как они не ограничены длиной волны звук или свет.

Кончик сканирующего зондового также может быть использован для управления наноструктур (этот процесс называется позиционной сборки). Особенность-ориентированное сканирование методологии предложенной Лапшин Ростислав представляется перспективным способом для реализации этих nanomanipulations в автоматическом режиме. Тем не менее, это все еще медленно вследствие низкой скорости сканирования микроскопа.

Различные методы нанолитографии, такие как оптической литографии, рентгеновской литографии падение пера нанолитографии, электронно-лучевой литографии или наноимпринт литографии были также разработаны. Литография является сверху вниз изготовлению техники, где сыпучий материал уменьшены до размера нано узором.

Другая группа нанотехнологические методы включают в себя те, которые используются для изготовления нанотрубок и нанопроволок, те, которые используются в производстве полупроводников, таких как литография глубокого ультрафиолета, электронно-лучевой литографии, ориентированной обработки ионным пучком, наноимпринт литографии, осаждения атомных слоев, и молекулярная осаждения из паровой фазы, в том числе и в дальнейшем молекулярных методов самосборки, такие как те, которые используют ди-блок-сополимеров. Предшественники этих методов нанотехнологии предшествовали эпохе, и являются продолжением в развитии научных достижений, а не методы, которые были разработаны с единственной целью создания нанотехнологий, а какие результаты исследований нанотехнологий.

Нисходящий подход предполагает наноустройств, которые должны быть построены по частям поэтапно, так же как промышленные изделия изготавливаются. СЗМ является важным методом как для описания и синтеза наноматериалов. Атомные силовые микроскопы и сканирующие туннельные микроскопы могут быть использованы, чтобы посмотреть на поверхности и двигать атомы вокруг. При проектировании различных советов для этих микроскопов, они могут быть использованы для вырезая структур на поверхности и, чтобы помочь руководству самосборки структур. При использовании, например, функция-ориентированный подход сканирования, атомы или молекулы могут быть перемещены на поверхности с помощью сканирующей зондовой микроскопии методами. В настоящее время, это дорого и трудоемко для массового производства, но очень подходит для лабораторных экспериментов.

В противоположность этому, снизу вверх методами построить или вырастить более крупные структуры атом за атомом или молекула за молекулой. Эти методы включают в химическом синтезе, самосборка и позиционные сборки. Двойной интерферометрии поляризации является одним инструментом, пригодным для характеристики самоагрегированных тонких пленок. Другой вариант восходящий подход является молекулярно-лучевой эпитаксии или MBE. Исследователи из Bell Telephone Laboratories, как Джон Р. Артура. Alfred Y. Cho, и искусства С. Госсард разработаны и внедрены MBE в качестве инструмента исследования в конце 1960-х и 1970-х. Образцы, изготовленные методом МПЭ были ключом к открытию дробного квантового эффекта Холла, для которых в 1998 году Нобелевская премия по физике была присуждена. MBE позволяет ученым сложить атомарной точностью слоев атомов и, в процессе, создания сложных структур. Важное значение для исследования полупроводников, MBE также широко используется для изготовления образцов и устройств для вновь формирующейся области спинтроники.

Тем не менее, новые терапевтические продукты, основанные на отзывчивым наноматериалы, такие как ультра деформируемым, стресс-чувствительной Transfersome пузырьков, находятся в стадии разработки и уже одобрен для использования человеком в некоторых странах.