Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Нанотехнологии без тайн (Уильямс), 2010, c.362

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

ких пленок. В 2003 г. некоммерческая частная организация Larta Institute (США), компания Hybrid Plastics и Shea Technology Group Inc. получили премию за наиболее многообещающее применение на

нотехнологий. Они создали наноструктурный гибрид (технологию совместного использования неорганических и органических веществ) для создания коммуникационных устройств. Следует отметить, что

Shea Technology Group Inc. уже давно активно работает в телеком

муникационной отрасли.

КОМПЬЮТЕРНАЯ И ОБЩЕСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Во многих маленьких городках США среди местных жителей не

принято закрывать двери на ключ, они не беспокоят о том, что кто то может угнать их автомобили. Если бы все мы были так счастливы

ибеззаботны! Урбанизация и ускорение темпов жизни несут нам новые угрозы и опасности: от спама в электронной почте до краж

электронных данных.

Криминалистам и экспертам нужны мощные инструменты для расследования и раскрытия преступлений, связанных с компьютер ным пиратством, нарушением авторских прав, распространением детской порнографии и т. п. Среди этих инструментов следует упо

мянуть системы классификации и определения отпечатков пальцев

ичерт лица.

Полицейским, пожарным и врачам скорой помощи необходимо иметь высокоскоростные надежные коммуникационные системы, ко торые помогут им быстро обмениваться жизненно важной информа

цией (например, оперативно сообщать о распространении пожара,

урагана или проблемах, связанных с подачей электроэнергии). Кри

тически важным коммуникационным системам нужно иметь надеж ные системы шифрования и обработки информации, чтобы не стать

мишенью для атак злоумышленников. Благодаря последним дости жениям в области квантовых коммуникаций оптические нанотехно логии вскоре смогут удовлетворить эти требования.

ГЛАВА 10 Коммуникации

Совсем недавно, всего несколько лет назад, появились первые плоскопанельные мониторы, а теперь они уже стоят практически на каждом рабочем столе. Нанооптические технологии уже совсем

скоро расширят достигнутый успех за счет использования нано размерных колориметров и тонкой настройки с помощью наноча стиц.

Хранение информации

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

стрых магнитных переключениях. Этот инструмент позволит изучать свойства сверхмагнитных наноматериалов для высокоскоростных за

писывающих головок в чрезвычайно малых областях (с площадью менее 160 нм2 на один бит). С помощью этого нового магнетометра ученые смогут контролировать свойства новых наноматериалов в

процессе их синтеза и выращивания. Это позволит создавать сверх быструю магнитную память со скоростью считывания около 1 млрд бит в секунду, то есть записать всю Британскую энциклопедию всего за одну минуту!

ГЛАВА 10 Коммуникации

КВАНТОВЫЙ ПОТЕНЦИАЛ

Квантовые вычисления и коммуникации способны совершить

переворот в развитии современной электроники. Лидерами в этой области науки и техники являются компания IBM, Массачусетский технологический институт (США), Оксфордский университет (Ве ликобритания), Национальная лаборатория Лос Аламос (США). Их успехи основаны на глубоком анализе молекулярных и атомарных

взаимодействий, описываемых квантовой физикой.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Явление, когда разные фотоны не удается описывать отдельно, поскольку измерение одного фотона оказывает влияние на дру гой, называется:

(а) квантовым спагетти;

(б)квантовым запутыванием;

(в) фототропизмом;

(г) солнечными вспышками.

2.Если размеры наночастицы становятся сравнимыми с длиной волны фонона (кванта колебательной энергии), это может при вести к новым режимам:

(а) игровых устройств;

(б)коллективных исследований;

(в)передачи тепла и электричества;

(г) парового движения.

3.При освещении самой крупной наносферы в нанолинзе возни кают волны колеблющихся электронов (плазмоны), которые по рождают:

(а) звуковой эффект аккордеона;

(б) усиленную тепловую волну;

(в)усиленную остроту зрения;

(г) электромагнитное поле.

4.Чтобы не стать мишенью для атак злоумышленников, критиче ски важным коммуникационным системам нужно иметь:

(а) системы охлаждения;

(б) медную проводку;

(в) системы шифрования и обработки информации;

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

5.Квазичастица, которая является результатом колебаний плазмы,

называется:

(а)небутоном;

(б) ксеноном;

(в) плазмоном;

(г) плазмидом.

6.Зонды микромеханического устройства Millipede могут считы вать и записывать информацию в наномасштабных углублениях с помощью:

(а)зондов;

(б)осмотического давления;

(в) нанолинз;

(г) фреона.

7.Базовым элементом квантовых вычислений на основе спина электрона является:

(а) куб;

(б)кубит;

(в)микробит;

(г) нанобит.

8.На основе микромеханического устройства Millipede можно соз дать систему записи и хранения информации с плотностью за

писи, которая больше, чем позволяют современные технологии:

(а) в 10 раз;

(б) в 20 раз;

(в)в 30 раз;

(г)в 40 раз.

9.Элементарные возбуждения, которые являются носителями энер гии и когерентности в нанооптике, называются:

(а) поверхностными плазмонами;

(б) подземными плазмонами;

(в) кварками;

(г)транзисторами.

10.Квантовые вычисления позволят создать компьютеры с колос сальной вычислительной мощностью благодаря их способности:

(а) быть чрезвычайно малыми и компактными;

(б) фокусировать научно исследовательские ресурсы;

(в) использовать полезные ископаемые;

(г)выполнять операции сразу с несколькими разными состоя ниями.

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

наиболее важным будет применения нанотехнологий в энергетике. Дальнейшее процветание человечества, доступность энергии и каче ство окружающей среды будут во многом зависеть от успеха приме

нения нанотехнологий.

Ричард Смолли, один из самых активных сторонников примене ния альтернативных технологий, убежден, что новые наноматериалы

сыграют критически важную роль в удовлетворении будущих энер

гетических потребностей человечества. Он считает, что нанотехноло гии помогут найти способ распределения энергии по всему миру, и верит, что человечество найдет и применит нужные нанотехнологии для решения всех энергетических проблем.

Новые технологии в энергетике необходимы для всеобщего благопо

лучия человечества. После исчерпания ископаемых источников энергии человечеству придется найти экономически выгодные альтернативы, ибо в противном случае мы просто прекратим свое существование.

Энергия

Прежде чем искать решения энергетических проблем с помощью нанотехнологий, попробуем разобраться, в чем же заключаются

энергетические проблемы.

С какими наибольшими проблемами столкнется человечество в ближайшие 50 лет? Достаточно большой список всех проблем име ет общий знаменатель: энергия. В таблице 11.1 перечислены 10 наи более важных современных проблем человечества.

ГЛАВА 11 Энергетика

Бóльшая часть проблем загрязнения окружающей среды связана

с используемой энергией, которая генерируется за счет сжигания ис копаемых ресурсов (угля, нефти и газа), древесины или продуктов жизнедеятельности человека и домашних животных. Это сжигание приводит к возрастанию в атмосфере концентрации углекислого газа,

сажи и других загрязняющих веществ, которые приводят к отравле

нию атмосферы и глобальному потеплению.

Бедность, почти по ее определению, означает недостаток энергии.

Из 6,5 млрд людей, живущих на Земле, около 2 млрд не имеют до ступа к электричеству, а еще 2 млрд вынуждены использовать огра ниченное количество ископаемых видов топлива, обычно древесину и продукты жизнедеятельности домашних животных. Остальные

2 млрд используют другие доступные источники энергии (например,

американцы составляют всего 5% населения Земли, но используют около 25% всей расходуемой человечеством энергии). Люди без до ступа к достаточному количеству энергии вступят в конфликт с теми,

укого энергии достаточно, а это приведет к росту социальной и по

литической напряженности. Огромный экономический разрыв меж

ду богатыми и бедными странами и народами повлечет за собой рост напряженности в отношениях между ними.

Ачто с войнами и терроризмом? Приходилось ли раньше людям воевать за энергию? Первое, что приходит в голову, — это война

в Персидском заливе и горящие нефтяные скважины.

Причиной множества болезней является загрязнение питьевой воды. Если бы у человечества было достаточно энергии для очистки

воды, уровень заболеваний можно было бы существенно снизить.

Образование также зависит от ресурсов и энергии. Трудно учить ся на пустой желудок, в жаре или холоде. Не верите? Спросите

улюбого студента. Население Земли в 2050 г. может достигнуть

8–10 млрд человек. Отсутствие демократии и свободы может по казаться меньшей проблемой, чем перенаселение и недостаток энер

гии, но решение энергетических проблем упростило бы решение всех остальных проблем человечества.

Какие факторы, кроме энергии, могут повлиять на решение этих

проблем? При тщательном изучении может показаться, что только уменьшение населения Земли может помочь в их решении. Однако даже после самых ужасных войн и эпидемий население существенно

не уменьшалось. Удалось бы решить эти проблемы, если бы насе

ление Земли составляло всего 1 млрд человек? Скорее всего, да, но

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

Вероятно, вы заметили, что полки книжных магазинов ломятся от книг с ужасающими заголовками: «Без газа», «Фактор нефти»,

«Конец нефти», «Последний энергетический кризис», «Без неф ти: вид с пика Хаббарда» и др. В большинстве из них обсуждается

вопрос: достигла ли пика мировая добыча нефти? Почти все согла шаются, что такой пик будет достигнут уже в 2010 г.1

М. Кинг Хаббард (M. King Habbard), геофизик компании Shell

Oil, в 1957 г. проанализировал темпы добычи нефти и предсказал, что

США достигнут пика добычи нефти в 1970 г. Именно так и произо шло. На рисунке 11.1 предсказания Хаббарда показаны на графике.