Важнейшие научно-практические открытия 1992 – 2004 годов
В 1992 году своей книге «Наносистемы. Молекулярные механизмы, производство и программирование», К. Э. Дрекслер (рис. 5) рассматривает задачи практического применения молекулярной нанотехнологии в новом направлении, которое называется «практическая нанотехнология».
Исследования в этих направлениях в 1994 году стали развивать первые коммерческие материалы на основе наночастиц (нанопорошки, нанопокрытия, нанохимические препараты и т.д). Это было началом бурного развития прикладной нанотехнологии.
Рисунок 5. Основатель молекулярной нанотехнологии Ким Эрик Дрекслер [20].
Важнейшие научно-практическим достижения в 1998—2003 годы относят открытия и события, перечисленные ниже.
В 1998 году Хорст Людвиг, Штермер и Дэниел Чи Цуи Роберт Беттс Лафлин были удостоены Нобелевской премии за открытие дробного эффекта Холла, заключающегося в том, что в очень сильных магнитных полях наблюдается кардинальная перестройка внутренней структуры двухмерной электронной жидкости [19].
В России, в 1987—1988 годах в научно-исследовательском институте «Дельта» была разработана первая отечественная нанотехнологическая установка, осуществлявшая направленный уход частиц с острия зонда микроскопа под влиянием нагрева. Установку создали под руководством Петра Николаевича Лускиновича.
В это же время специалист Уоррен Робинет из университета штата Северная Каролина по компьютерам и химик Стэн Уильямс изготовили робот размером с человека, управляемый через интерфейс виртуальной реальности и соединенный с атомным микроскопом. С его помощью оператор, манипулируя отдельными атомами, мог физически ощущать многократно усиленную отдачу от модифицируемого вещества, что приводило к значительному ускорению работы.
Рисунок 6. Надпись на монокристалле никеля из атомов ксенона [16].
В сентябре 1989 года американские исследователи Дональд Эйглер и Эрхард Швейцер совершили сенсацию в Калифорнийском научном центре компании IBM. Они из 35 атомов инертного газа ксенона выложили название своей фирмы IBM на поверхности монокристалла никеля, очищенной в сверхвысоком вакууме и охлажденной до 4 К (рис. 6).
Надпись была произведена сканирующим туннельным микроскопом. Но сделанная надпись просуществовала недолго потому, что атомы быстро испарились с поверхности. Важен сам факт наличия постороннего атома в молекулярной структуре некоторого вещества, что открывает потенциальную возможность создания молекулярных автоматов, трактующих наличие или отсутствие такого атома в некоторой позиции как логическое состояние [16].
В дальнейших работах было показано возможность валентного закрепления атомов на различных поверхностях без какого-либо применения криогенной техники.
Нидерландский профессор Высшей технической школы Сиз Деккер (г. Делфт) создал транзистор на основе нанотрубок, и он же первым в мире измерил электрическую проводимость молекулы на основе нанотрубок. В том же году сразу возникли первые технологии создания нанотрубок длиной до 300 нм.
В 1999 году американские ученые — физик Марк Рид из Йельского университета и химик Джеймс Тур из Райсского университета разработали новые принципы манипуляции одной молекулой и целой цепочкой.
В 2000 году немецкий физик Франц Гиссибл разглядел субатомные частицы в материале кремния. Его коллега Роберт Магерле предложил новые идеи создания трехмерной картины внутреннего строения вещества с разрешением 100 нм - нанотомографии. Этот проект финансировался немецким автопроизводителем Volkswagen.
В 2003 году американский профессор Фенг Лью, ученый из штата Юта, использовал результаты работы Ф. Гиссибла и построил траекторий орбит электронов путем анализа их возмущения при движении вокруг ядра с помощью атомного микроскопа.
В 2004 году С. Деккер открыл новый путь развития бионанотехнологии. Соединив углеродную трубку с ДНК, он впервые получил единый совместимый наномеханизм [16].