захвата нужный атом отрывают от поверхности, поднимая зонд на несколько ангстрем. Отрыв атома от поверхности контролируют по скачку тока. Разумеется, отрыв и перетаскивание атома требует больших усилий, чем просто его "перекатывание" по поверхности, как при горизонтальной манипуляции, но зато потом процесс переноса не зависит от встречающихся на поверхности препятствий (ступеней, ям, адсорбированных атомов). После перемещения в необходимое место атом "сбрасывают", приближая острие к поверхности и переключая напряжение на игле.

В настоящее время в мире в широком ассортименте выпускаются СЗМ и принадлежности к ним. Среди наиболее известных фирм известны Digital Instruments , Park Scientific Instruments , Omicron , Topometrix , Burleigh и др.

9.4. Развитие нанотехнологий

Сегодня благодаря прорыву в области производства микроскопов, современные ученые могут манипулировать атомами и располагать их так, как необходимо для достижения поставленной задачи. Это принципиально новые возможности, которых не было за всю историю развития человечества.

9.4.1. Новейшие достижения

Графен. В Манчестерском университете (The University Of Manchester)

было создано небольшое количество материала, названного графеном. Предполагается, что этот материал может служить подложкой для создания алмазных механосинтетических устройств.

Геомодификаторы. Создан способ формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей, основанный на использовании специального состава-геомодификатора трения: "композиции силикатно-керамической" (КСК), торговая марка "MEGAFORCE". КСК вводится между трущимися поверхностями при помощи носителя (масла, консистентные смазки, фреон, антифризы, и т. д.). В результате чего, в процессе эксплуатации, на поверхностях трения образуется слой металлокерамики, составляющий с поверхностью детали единое целое. Компоненты состава обладают всеми свойствами наночастиц, в том числе саморегуляцией процессов образования металлокерамики, в зависимости от состояния поверхности.

Транзистор из нанотрубок. В Стенфордском университете (Stanford University) удалось создать транзистор из одностенных углеродных нанотрубок и некоторых органических материалов. Нанотрубки играли роль электродов, а помещенный между ними органический материал – полупроводника. Это устройство имело длину 3 нм и ширину 2 нм.

Новый процессор Intel. Компания Intel создала прототип процессора, содержащего наименьший структурный элемент размерами примерно 65 нм. В дальнейшем компания намерена достичь размеров структурных элементов до 5 нм. Данный прототип использует комплементарные металл-оксидные

324

полупроводники, но в дальнейшем компания намерена перейти на новые материалы, такие как квантовые точки, полимерные пленки и нанотрубки.

Плазмон. Плазмоны – коллективные колебания свободных электронов в металле. Характерной особенностью возбуждения плазмонов можно считать так называемый плазмонный резонанс. Длина волны плазмонного резонанса, например, для сферической частицы серебра диаметром 50 нм составляет примерно 400 нм, что указывает на возможность регистрации наночастиц далеко за границами дифракционного предела (длина волны излучения много больше размеров частицы). Благодаря быстрому прогрессу в технологии изготовления частиц наноразмеров, был дан толчок к развитию новой области нанотехнологии - наноплазмонике. Оказалось возможным передавать электромагнитное излучение вдоль цепочки металлических наночастиц с помощью возбуждения плазменных колебаний.

Антенна-осциллятор. Дальнейшие исследования направлены на создание осцилляторов для телекоммуникаций. В лаборатории Бостонского университета была получена антенна-осциллятор размерами порядка 1 мкм. Это устройство насчитывает 50 миллионов атомов и способно осциллировать с частотой 1,49 ГГц. Это позволит передавать с ее помощью большие объемы информации.

Наноаккумулятор. Компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li4Ti5O12 электродами имеют время зарядки 10-15 минут. Компания начала производство аккумуляторов на своём заводе в Индиане. Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля и успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионных аккумуляторов для электромобилей. Заказ поступил от компании Phoenix Motorcars (США).

Гибкие процессоры тоньше человеческого волоса.

Межуниверситетский Центр Микроэлектроники (IMEC, Interuniversity Microectronics Center) и Департамент Информационных Технологий Гентского Университета (Department of Information Technology (INTEC) of the University of Ghent) сообщили о совместной разработке новой технологии упаковки ультратонких микропроцессоров, что позволяет создавать гибкие чипы, толщина которых не превышает 50 мкм.

Процесс упаковки чипов подразумевает использование кремниевых кристаллов толщиной 20-30 мкм, которые располагаются на 20мкм чрезвычайно прочном и химически стойком органическом полимерном слое. В качестве связующего звена между чипом и подложкой в данном случае используется еще один органический материал – бициклобутан, а для формирования контактов ученые использовали тонкий слой сплава титана и вольфрама, толщина которого составляет 1 мкм.

Достижение исследователей позволит создавать на основе представленных гибких процессоров самые разнообразные устройства – гибкие дисплеи, гибкие

325

электронные системы, используемые, в том числе, и в устройствах потребительской электроники.

Тем не менее, перед массовым использованием новой технологии исследователи должны провести ряд экспериментов, которые позволят улучшить свойства микропроцессоров и снизить стоимость их производства. Не стоит ожидать слишком многого от новых устройств – используемые для создания гибких чипов кристаллы не отличаются высокой производительностью, и лишь позволяют сделать конечные продукты более компактными и дешевыми.

Электронная бумага. Прежде всего, это электронная бумага на основе пластика. Она может заменить бумагу, на которой пишут, позволяя загружать в нее данные. Электронная бумага выглядит самым впечатляющим применением новой технологии (рис. 9.21).

Рис. 9.21. Электронная бумага

Электронные багажные и инвентарные ярлыки помогут легче отслеживать движение грузов. Регулируемые лазеры и управляемое электронным способом оптоволокно – повысить качество будущих телекоммуникаций. Новая технология не угрожает значению кремния как основы компьютерных микросхем, но создает целый класс новых приложений.

Дисплеи. Объём производства электронных компонентов из органических материалов, таких как дисплеи, на основе органических светодиодов (рис. 9.22) (Organic Light Emitting Device, OLED) и органических транзисторов,

значительно вырастет.

326

Рис. 9.22. Дисплеи на основе органических светодиодов

Применение OLED-экранов больше не ограничено MP3-плеерами и мобильными телефонами, они стали составной частью концепции развития мобильных технологий. В качестве примера можно привести серию ноутбуков

«ebook» от LG Electronics и ультратонкие телефоны от Sony Ericsson.

Производителей беспроводных устройств всё больше привлекает низкий уровень энергопотребления и высокое качество визуализации при применении OLED-технологии.

9.4.2. Перспективы развития

Идеальная техническая система – это система, масса, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. Предельный случай идеализации техники заключается в уменьшении её размеров, при одновременном увеличении количества выполняемых ею функций. В идеале – технического устройства не должно быть видно, а функции, нужные человеку и обществу должны выполняться.

На практике хорошей иллюстрацией идеальных технических устройств может служить постоянное стремление производителей микроэлектроники и бытовой техники к миниатюризации, созданию устройств всё меньших размеров, со все большими функциональными возможностями. Примером являются сотовые телефоны или ноутбуки: размер все уменьшается, в то время как функциональность только растет.

Таким образом, нанотехнологии и наноустройства являются закономерным шагом на пути совершенствования технических систем. И, возможно, не последним: за областью нановеличин лежат области пико (10-12), фемто (10- 15), атто (10-18) и т.д. величин, с еще неизвестными и непредсказуемыми свойствами.

327