НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (НИЯУ «МИФИ») Факультет Автоматики и Электроники Кафедра Микро- и наноэлектроники(27) Курс «Компьютерный практикум - 2010» Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики Р.Ф. Фейнман 1960г. Выполнил: Арушанян С.Б.(А4-11) Преподаватель: доц. Лапшинский В. А. МОСКВА 2010 В данном конспекте обсуждается область физики, что представляется весьма важной и перспективной и также может найти достаточно много ценных технических применений. Речь идет о проблеме контроля и управления строением вещества в интервале очень малых размеров. В настоящее время это направление относится к нанотехнологиям.  Содержание 1. Чудеса биологических систем.
2. Миниатюризация компьютеров.
3. Миниатюризация методами напыления.
4. Проблемы смазки.
5. Сотни крошечных манипуляторов.
6. Атомная архитектура.
7. Заключение.
8. Список использованной литературы. Чудеса биологических систем В биологии информация не просто записывается, она обрабатывается и используется. Биологические системы могут осуществлять весьма разнообразные и очень активные действия. Производство микроскопических объектов, способных выполнять такие действия, может быть экономически выгодным. Например, в компьютерах, если для записи требуется лишь ничтожный объем легко воспроизводимого материала, то материал можно просто выбрасывать после считывания информации. Миниатюризация компьютеров Существующие вычислительные машины слишком громоздки, однако есть возможность существенного изменения их размеров. Например, если диаметр соединяющих проводов будет от 10 до 100 атомов, то размер любой схемы будет в пределах нескольких десятков тысяч нанометров. Если число используемых элементов возрастет в миллионы раз, то возможности компьютеров существенно расширятся. Возьмем следующее сравнение – человек может узнать знакомое лицо через много лет, на разных расстояниях, при разном освещении, т.е. микрокомпьютер в нашем мозгу легко справляется с задачей непосильной для самых мощных вычислительных систем. Дело в том, что логические элементы мозга имеют микроскопические размеры, и поэтому их количество заметно превышает количество элементов в самых высококлассных современных компьютерах, и это наводит на мысль о создании субмикроскопических элементов. 
Рис1. Плоды миниатюризации – наручные часы с встроенным телевизором. Миниатюризация методами напыления Уже сейчас мы умеем формировать напылением нужные конфигурации, содержащие все требуемые элементы электрических схем. Однако почему бы, например не производить крошечные компьютеры теми же методами, какими мы производим большие? Очевидно, в этом случае будут мешать некоторые проблемы: Проблемы с точностью обработки деталей. При микроскопической обработке следует позаботиться о размерах порядка атомных.
Зернистая структура металлов, из-за чего на микроуровне могут возникнуть серьезные проблемы, обусловленные неоднородностью металлов. Возможное решение – изготовление сверхмалых механизмов из аморфных веществ, обладающих высокооднородной структурой.
Проблемы при изготовлении деталей электрооборудования, поскольку магнитные свойства объектов существенно зависят от их размеров. Возможное решение – создание и использование магнитов состоящих не из миллионов доменов, а из одного единственного домена. Проблемы смазки Более важные проблемы должны возникнуть при обеспечении смазки таких сверхмалых механизмов, т.к. вязкость смазочных масел растет по мере уменьшения размера зазоров. Однако реально, вероятно, можно обойтись вообще без смазки. Например, микроскопические подшипники смогут работать и в сухом состоянии, поскольку выделяющееся в таких устройствах тепло может рассеиваться настолько легко и быстро, что подшипники не будут нагреваться. Сотни крошечных манипуляторов Я думаю о создании крошечных роботов, снабженных серводвигателями и маленькими «руками», которые могут закручивать столь же маленькие болты и гайки, сверлить очень маленькие отверстия и т.д., то есть выполнять любые работы в масштабе 4:1. Сфера применения таких микророботов и микромашин может быть довольно широкой – от хирургических операций до транспортирования и переработки радиоактивных материалов. Можно задуматься о возможности дальнейшего существенного уменьшения масштабов. По мере уменьшения размеров мы будем постоянно сталкиваться с очень необычными физическими явлениями. Все зависит от масштабных факторов. Также существует проблема «слипания» материалов под действием сил межмолекулярного взаимодействия. Существует несколько проблем такого типа, о которых следует помнить при проектировании и создании микроскопических механизмов.  Рис2. Трехмерная модель наноробота, используемого в медицине. Атомная архитектура Что произойдет, когда мы научимся реально располагать атомы в требуемом порядке? Возможно, что, научившись регулировать и контролировать структуры на атомном уровне, мы получим материалы с совершенно неожиданными свойствами и обнаружим совершенно необычные эффекты.
Применительно к сверхмалым электрическим цепям наиболее важными представляются проблемы, связанные с электрическим сопротивлением. Дело в том, что с уменьшением размеров цепи ее собственная частота возрастает, однако толщина поверхностного слоя при этом уменьшается пропорционально лишь квадратному корню из характерного размера, вследствие чего при расчете электрического сопротивления должны возникать дополнительные сложности.
Поведение отдельных атомов подчиняется законам квантовой механики и не имеет аналогов в макроскопическом масштабе, поэтому «внизу» мы будем постоянно наблюдать новые закономерности и эффекты, предполагающие новые варианты использования. Заключение В данном конспекте лекции Фейнмана обсуждается возможность управления и контроля вещества на атомном уровне. При переходе к изучению самых маленьких объектов предлагаемого типа (например, электрических цепей, составленных из нескольких атомов) мы сталкиваемся со многими разнообразными явлениями, создающими новые возможности. Манипуляция атомами, в принципе, вполне реальна и не нарушает никаких законов природы. Практические же трудности ее реализации обусловлены лишь тем, что мы сами являемся слишком крупными и громоздкими объектами, вследствие чего нам сложно осуществлять такие манипуляции. Список используемой литературы 1. http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html - Фейнман Р.Ф. Внизу полным-полно места. | 