Окрепилов В. - Стандартизация и метрология в нанотехнологиях (1027504), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Более того, душа человека также состоит из мельчайших атомов, поэтому она придает телу тепло и движение. Демокрит Справедливости ради следует отметить, что у Демокрита атом был неделим, так как деление предполагает наличие пустоты, а согласно учению атомистов внутри атома по определению пустоты нет. Но лишь в конце Х1Х начале ХХ чаталиеурга века физиками будут открыты субатомные частицы и составная структура атома и будет доказано, что атом в действительности «неделимым» не является. Следует отметить, что человечество издревле пользовалось нанотехнологиями, правда, на интуитивном уровне.
Наноматериал имоголит использовался в Древнем Китае в 1 веке нашей эры при производстве фарфора и в Древнем Риме в 1Ч веке нашей эры при производстве стекла [100). Пример тому так называемая чаша Ликурга, хранящаяся в Британском музее. Стекло, из которого сделана чаша, содержит в себе наночастицы золота и серебра.
Средневековые витражи до сих пор хранят яркость и разнообразие красок благодаря наночастицам металла в составе стекла. Начиная с 1П века нашей эры в Дамаске изготавливались клинки путем ковки из заготовок индийской стали «вуц». Эти знаменитые дамасские клинки имели на поверхности характерный естественный узор н обладали высочайшим качеством. Секретдамасской стали также связан с наличием наночастиц (углеродных наноструктур).
Первые научные исследования, которые можно отнести к области нанотехнологий, начались гораздо позднее и приходятся на ХЧП век. В 1661 году ирландский химик Роберт Бойль опубликовал статью, в которой, описывая способ соединения частиц, впервые употребил 'г'' слово «кластер». Этим термином определялась группа близко расположенных, тесно связанных друг с другом атомов, молекул, ионов, ультрадиспсрсных частиц ';.'::Ы ....,-".
Существенный прогресс в нанотехнологнях бьш достигнут более двух веков спустя, в 1883 году, Р. Бойль 22 23 иуж. Игтмен А.Ф. Иоффе Г.А. Гамов ВА. Каргин l! А. Рели«дев В.В. Леоягин 24 25 американским изобретателем Джорджем Истменом (основатель компании «Кобах>), изготовившим фотопленку. Процесс фотографии основан ,,:"й на нанотехнологиях, поскольку его суть — это образование наночастиц серебра под действием солнечного света. кода» Дальнейшее развитие научных исследований в сфере нанотехнологий относится уже к ХХ веку. В 1931 году немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. В эти же годы в Ленинградском физико- техническом институте (ЛФТИ) под руководством академика А.Ф.
Иоффе проводятся исследования в области полупроводников, заложившие основы современной электроники. Сотрудник ЛФТИ ГА. Гамов теоретически обосновал так называемый эффект туннелирования, который сегодня широко используется в нанотехнологиях. ГА.
Гамов впервые получил решения уравнения Шредингера, описывающие возможность преодоления частицей энергетического барьера даже в случае, когда энергия частицы меньше высоты барьера. Новое явление, называемое туннели о- Р ванием, позволило объяснить многие экспериментально наблюдавшиеся процессы, понять большой круг явлений. Найденные решения были применены, например, для описания процессов, происходяших при вылете частицы из ядра, — основы атомной науки и техники.
В 1950-х годах в этом же Институте при непосредственном участии Ж.И. Алферова были разработаны первые отечественные транзисторы и силовые германиевые приборы. В это время нанотехнологии начала применять и отечественная атомная промышленность, используя их при создании диффузионных технологий изотопного обогащения урана и технологических операций ядерно-топливного цикла.
Основы для развития АГ~ Анф~л~~ нанотехнологий были заложены также в ходе исследований академиков В.А. Каргина, П.А. Ребинлера, Б.В. Дерягина в области физикохимии. Многие источники„в первую очередь англоязычные, отсчитывают историю нанотехнологий от момента выступления с научно-популярной лекцией физика Ричарда Фейнмана в 1959 году на ежегодной встрече Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте. Выступление называлось «Там внизу много места: приглашение шагнуть в новую область физики» («тле ге'з р)ел!у о1гоот аг гое Бог!ого: ап 1пий або п го еп1егапевбе!с1 о)р!зуа1сзи) !1151 Фейнман предположил,чтовозможно механически перемешать одиночныс атомы при помощи манипулятора соответствующего размера„поскольку такой процесс не противоречилбы известнымнасегодняшнийденьзаконамфизики.
Позднее, в 1965 г., Р. Фейнман был удостоен Нобелевской премии «за фундаментальные работы по квантовой электродинамике, имевшие глубокие последствия для физики элементарных частиц». Позже, уже в 1993 году, в США учредят Фейнмановскую премию, которой отмечаются исследователи, чья работа больше всего способствовала достижению обозначенной Фейнманом для нано- технологий цели — строительству продуктов с атомарной точностью с помощью производственных Р.
Фейман наносистем. Премия присуждается в двух категориях: эксперимент и теория нанотехнологии. В 1969 — 1970 г.г. сотрудник научного подразделения американской компании «Ве11» Альфред Чо разработал теоретические основы технологии молекулярной эпитаксии. Что касается самого термина «нанотехнологии», то первым его употребил японский физик Норио Танигучи 175). Он использовал его в докладе «Об основных приниципах нанотехнологии» (Оп !)зе Вавдс Сопсер! об Мапо!ес)зпо!о8у»), сделанном в 1974 году на международной конференции в Токио. Термин «папогесйпо!оду был использован профессором Танигучи как обозначение совокупности знаний, подходов, приемов и конкретных процедур, а также наиопродукции (более точным переводом будет «нанотехника»). В нашей стране в !960 — 70-е годы также идут исследования в области нанотехнологий.
В 1963 году Ж.И. Алферов предлагает принцип гетеролазера, а в 1968 появляются гетеролазеры, работающие при комнатной температуре, одни из наиболее значимых электронных приборов, диапазон применения которых чрезвычайно широк — от оптической связи до лазерной техники (сканеры, принтеры, компакт-диски, Прибор молекулярной нитаксии О~ ~~). для создавая нолунровод- В 70-х годах Ж.И. Алферовым никовмкгетероструктур разрабатывается технология соз- дания высокоэффективных, радиационностойких солнечных элементов. В результате в России впервые в мире организуется крупномасштаб-,-:,'::,"-,,::.",Аф нос производство гетероструктурных солнечных элементов для космических батарей. Одна из них, установленная в 1986 году на космической станции «Мир», проработала на орбите весь ',.
':, ~! ~Я ф1 срок эксплуатации без существенного снижения мощности. Труды Ж И. Алферова стали основой для создания в СССР полупроводниковой микроэлектроники, ставшей предтечей цанозлектроники, т, е, задолго до появления самого термина «нанотехнологии». Он открыл и развил быстрые опто- и микроэлектронные компоненты, которые создаются на базе многослойных полупроводниковых гетероструктур, Открытие Ж.И. Алферовым идеальных гетеропереходов и новых физических явлений — «суперинжекции», электронного и оптического ограничения в гетероструктурах — позволило кардинально улучшить параметры большинства известных полупроводниковых приборов и создать принципиально новые, особешю перспективные для применения в оптической и квантовой электронике.
Гетероструктуры, представеиющие собой слои полупроводниковых материалов, позволяют добиваться желаемых оптических и электрических свойств материала посредством выбора материалов слоев, их толщины и добавок. Толщина слоя может составлять всего один атомный слой или же достигать величины нескольких микрометров. Иными словами, манипулирование может происходить на атомном уровне, т.
е. в области нанотехнологий. Применение гетероструктур позволяет на порядки увеличить быстродействие транзисторов, а значит, Ге««ронер«»од и общее быстродействие интегральных схем, т, е. существенно улучшается работа современной электронной — ° РЖ':*' "2% 26 телефонов, радиоприемников, видеоигр и т. д. На основе гетероструктур созданы мощные высокоэффективные светоизлучающие диоды, используемые в дисплеях, лампах тормозного освещения в автомобилях и светофорах. В гетероструктурных солнечных батареях, которые широко используются в космической и наземной энергетике, достигнуты рекордные эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую.
Своими открытиями Ж.И. Алферов создал высокоскоростные основу современной информационной тсхнитранаисторы ки, которая должна быть быстродействующей, исеерх'ы'ок' чтобы за короткий срок передавать большие частотные инте- объемы информации, и в то же время быть компактной. Открытия академика Ж.И. Алферова всотовыхтеле~онах в области полупроводниковых гетероструктур испутникоеых и высокоскоростной электроники в 2000 году системах олн Беспро- удостоены Нобелевской премии. Начиная с 1976 года сотрудниками Ленинградского технологического института (ЛТИ) проводились опыты по получению точных атомарных копий изделий из так называемого рудного пара. Отпадала необходимость в металлургических и металлообрабатывающих технологиях, появлялись большие возможности для получения материалов заданного состава.
В это же время группой ученых ЛТИ и Ленинградского государственного университета (С.И. Кольцовым, А.А. Малыгиным, И.В. Муриным, В.П. Толстым) были начаты исследования в области химической технологии материалов и изделий электронной техники, включая исследования синтеза наноструктур и твердотельных нанослоев методом ионного наслаивания.
В 1981 году немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали туннельный сканирующий микроскоп, способный регистрировать отдельные атомы. В ! 98б году нанотехнология стала известна широкой публике благодаря американскому футурологу Эрику Дрекслеру, который Э. Дрекслер Г. Бинниг Г. Рорер опубликовал книгу «Машины созидания: грядет эра нанотехнологий» («Епй(пев оГсгеацоп: г)зе сосо!п8 ега о( папо!сс(зпо!ойу») „автор которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться. Он же первым употребил этот термин для обозначения новой области науки в своей докторской диссертации в Массачусетском технологическом институте. Центральное место в его исследованиях новой области знаний были математические расчеты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размером в несколько нанометров.
Нельзя не отметить еще один факт. В 1980-х годах в лабораториях компании 1ВМ в Цюрихе были изобретены супермощные микроскопы (сканирующие туннельные микроскопы), которые позволяли не только наблюдать атомы, но и специальными <нанопинцетами» изменять их построение в молекулах. И первым наноизделием можно считать название компании, которое сотрудники Армаденской лаборатории ! ВМ под руководством Д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
