Нанотехнологии – детище современной фундаментальной науки, междисциплинарная область деятельности, основанная на достижениях химии, физики, биологии, механики и других классических наук, а также на связанном с закономерной эволюцией этих и других областей исследований прорыве в разработке методов синтеза и анализа веществ и материалов. В этом плане нанотехнологии – зачастую существенное улучшение свойств многих практически важных устройств, но не всеобъемлющий переворот наших знаний, как иногда полагают. По определению нанотехнологии – это только способ что-то сделать, их наиболее важным, осязаемым, продуктом выступают наноматериалы , практически важные (функциональные) свойства которых определяются химическим составом, структурой, размерностью и упорядочением составляющих их фрагментов, размер которых принадлежит нанодиапазону, то есть интервалу от 1 до 100 нм. Принципиальная важность нанодиапазона «пространственной шкалы» заключается в том, что в нем реализуются специфические химические и физические взаимодействия.
Пожалуй, наиболее обсуждаемой и перспективная отраслью наноинженерии являются нанотрубки. Впервые нанотрубки были открыты в лабораториях компании NEC Сумио Иияма. Он открыл, что нанотрубка представляет собой цилиндрическую структуру толщиной порядка 10 атомов, которая в зависимости от размера и формы может обладать проводящими либо полупроводниковыми свойствами. Например, если трубка прямая, она является проводником, а если скручена или изогнута – полупроводником. Транзисторы, построенные из таких нанотрубок, в 500 раз меньше тех, что содержатся в современных микросхемах. Именно транзисторы на основе нанотрубок являются наиболее интересной разработкой. Уже сегодня имеются технологии способные изготавливать массивы транзисторов на основе углеродных нанотрубок. Их применение не влечет за собой необходимости изменения целой культуры современного производства микропроцессоров, тогда как квантовые компьютеры или ПК на основе ДНК влекут за собой использование массово-параллельных вычислительных механизмов, с потенциально ненадежными отдельными элементами – концептуально напоминающими совершенный продукт биологической эволюции – человеческий мозг.
Не обошлось и без применения новоиспеченной отрасли наноинженерии в области хранения информации [2]: известный нанотехнолог Алекс Зеттл [3] и его коллеги сообщили о прорыве в области хранения цифровых данных. Все то, что в последние десятилетия составляет основу нашего общества, а именно, информация и устройства для ее хранения может стать практически вечной. Алекс и его коллеги предложили устройство, которое радикально отличается от всех существующих рекордно долгим сроком службы. При этом ученые создали прототип, способный хранить информацию в течение очень долгого времени. Как утверждает Алекс, это около миллиарда лет. Основа ячейки памяти – углеродная однослойная нанотрубка с железной наночастицей внутри. Нанотрубка расположена между золотыми электродами, и, как только между ними протекает ток, наночастица изменяет сове положение внутри нанотрубки, передвигаясь по ней. Изменяя силу тока, ученые добились точного перемещения наночастицы внутри нанотрубки, тем самым дав «зеленый свет» использованию наносистемы в качестве элементарной ячейки памяти. Интересно, что информация может быть закодирована положением частицы внутри трубки так же, как положение бусин на счетах обозначает то или иное число. Так как размер нанотрубки невелик, то на их основе можно построить чип памяти с очень высокой плотностью хранения информации. Как сообщается в пресс-релизе Американского химического общества, емкость будущих чипов на основе нанотрубок может достичь терабайта на квадратный дюйм (порядка 150 гигабайт на квадратный сантиметр). Этот показатель в десять раз больше уже достигнутой на сегодня в обычных чипах плотности.
Скорее всего, что исследования в области сложных наносистем обогатит науку знанием и технологическими приемами в наноразмерной области, а это будет очень полезно при создании нанороботов и более сложных вычислительных систем. Однако описанные технологии все же уже пройденный этап (хотя и открывающий большие дороги развития), и взоры ученых обращены к новым горизонтам. Уже сегодня имеются проекты по конструированию устройств, состоящих всего из одной молекулы. Речь идет о переключателях, шарикоподшипниках, приводах и даже целых двигателях для нанокронштейнов. Некоторые разработки ведутся в области самовоспроизводимых механизмов на базе человеческой молекулы ДНК. |