1 Предмет фізики кластерів і наноструктурних систем. Взаємозв’язок фізики кластерів з іншими дисциплінами. Розвиток фізики наносистем і основні етапи її встановлення.

Cучасна фізика досягнула такого рівня, що об’єкти її дослідження стали характеризуватись наномасштабною шкалою фізика наносистем принципово відрізняється від багатьох розділів фізики, що описують процеси та явища у об’ємних речовинах. Це стосується різних напрямків фізичної науки, але в даний час найбільше розвиваються ті з них, які пов’язані з розробкою нових функціональних матеріалів, технологій та пристроїв. Особливе місце займає нанофазне матеріалознавство, предметом якого є створення нанооб’єктів та систем на їх основі для електроніки та інших галузей сучасної техніки.

Передумовами досліджень нанооб’єктів стали багаточисельні експериментальні та теоретичні дослідження, серед яких необхідно відзначити фізику ультрадисперсних частинок, фізику та хімію колоїдних систем, фізику аморфних систем та рідин і насамперед квантову механіку та фізику твердого тіла. Можна з впевненістю стверджувати, що в різних сферах практичної діяльності вже існують принципово нові способи виробництва, які дозволяють отримувати матеріали з суттєво покращеними характеристиками. Іншими словами, старі технології витісняються новими, які отримали назву нанотехнологій.

Початком історичного розвитку нанотехнологій можна вважати лекцію Р.Фейнмана у 1959 році про можливість використання атомов як складових частин при створенні об’ємних структур.Наступним кроком був винахід Р.Янгом п’єзоелектричного двигуна високої точності. Цей самий вчений у 1971 р.запропонував пристрій, який став прообразом зондового мікроскопа. У 1974 р. японський вчений Н.Танігучі ввів у науково-технічну термінологію термін «нанотехнологія» У 1982р. сконструйовано перший скануючий тунельний мікроскоп, який давав змогу досліджувати електропровідні матеріали. Важливою подією, яка вплинула на розвиток нанотехнологій було відкриття фулеренів у 1985р. Через рік Г. Бінігом було сконструйовано скануючий атомно-силовий мікроскоп. У цьому ж році Е. Дрекслер висунув концепцію універсальних молекулярних роботів, які програмовано збирають з молекул необхідні структури. У 1987 р.було сконструйовано першу нанотехнологічну установку. Важливим кроком було створення методик синтезу нанотрубок у 1991р., з яких у 1998 р.вперше було створено транзистор. У 2002 р. С. Деккер з’єднав вуглецеву нанотрубку з ДНК і отримав таким чином єдиний наномеханізм.

Особливості наноструктур визначаються і тим, що атомні та електронні процеси відбуваються як в об’ємі так і на їх межах, Важливим є те, що характер цих процесів є квантовий. Проблема ускладнюється тим, що наноструктури, завдяки їх малим розмірам є нерівноважними системами. Це обгрунтовує необхідність всестороннього дослідженння наносистем різними експериментальними методами включаючи розробку абсолютно нових методик.

Одним з найважливіших етапів, пов’язаних з встановленням фізики наноструктур є відкритття і дослідження нової молекулярної форми вуглецю-фулерену.

Дещо пізніше, а саме в 1991 році були синтезовані іншого типу нанооб’єкти – вуглецеві нанотрубки. Унікальні властивості цих речовин дозволяють вважати їх перспективними речовинами для багатьох галузей техніки. Наприклад, їх можна застосовувати як ефективні оптичні затвори, оптичні фільтри, джерела струми, акумулятори водню, тощо.

З дослідженням наноструктур тісно пов’язане впровадження і використання нових структурних понять. Одним з них є поняття фрактальної структури.Такі структури здатні самоорганізовуватись як в живій так і в неживій природі і є цікавими з фундаментальної і практичної точок зору.

Наука про наноматеріали знаходиться на етапі бурхливого розвитку, але вже тепер можна виділити такі її основні напрямки:

–отримання і дослідження атомної і електронної структури наноструктурованих напівпровідників і неколінеарних надграток;

–отримання нанокристалічних металів та сплавів і дослідження їх структури та фізико-хімічних властивостей:

–синтез, структура і властивості нанокристалічних керамік, оксидів,боридів, нітридів і карбідів;

–отримання, структура і властивості біоматеріалів і нанокристалічного вуглецю – фулеренів і фулеритів, нанотрубок і нанокристалічних квазікристалів.

–синтез і дослідження багатофункціональних матеріалів на основі наноструктур.

нанооб’єкти стають предметом багатьох наук, серед яких основними залишаються фізика, хімія та біологія. Наноструктурні системи стали саме такими об’єктами досліджень, на яких найбільше сфокусувалися інтереси різних фундаментальних і прикладних наук.