Vai īstā nanotehnoloģija, lūdzu, piecelsies?

Bostonas Marriott grandiozā deju zāle bija pārpildīta ar vairāku tūkstošu materiālu zinātnieku pūli, kas bija tikai stāvvietā, un vēlējās dzirdēt Ričarda Simolija vakara plenārsēdes runu par jaunām ierīcēm un materiāliem no oglekļa. Pēc tam gandrīz tukšā viesnīcas sanāksmju telpā Raisa universitātes ķīmiķis, uzdodot jautājumus, izskatās noguris un izklaidējies. Tad pēkšņi viņš ir atdzīvināts; viņš noliecas uz priekšu un cītīgi koncentrējas. Saruna ir pavirzījusies uz vienu no viņa iecienītākajām tēmām: kā nanotehnoloģija palīdzēs glābt pasauli.

Uz Zemes ir aptuveni 6 miljardi cilvēku, šajā novembra vakarā norāda Smalley, un pētījumi, kuru mērķis ir ražot labākus, lētākus un efektīvākus materiālus, būs viens no galvenajiem faktoriem, lai pabarotu un izmitinātu šo iedzīvotāju, jo tie paaugstinās uz līdzsvara stāvokli 10 miljardu apmērā. vai vairāk. Taču robežas tam, cik spēcīgs, vadošs un sarežģīts materiāls var būt, ir noteiktas nanometru skalā, viņš saka. Sapnis, saka Smalley, ir būvēt ar tādu smalkuma līmeni, lai padarītu to perfektu līdz pēdējam atomam. Viņš apgalvo, ka šī iespēja nodrošinātu mazākas, efektīvākas baterijas, izturīgākus materiālus un ievērojami uzlabotu un lētāku elektroniku.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 1999. gada marta numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Tie nav jaunākā modernā futūrista murgojumi. Smalley ir viens no valsts cienījamākajiem ķīmiķiem, 1996. gada Nobela prēmijas laureāts ķīmijā un jauna 33 miljonu dolāru vērtā Nanomēroga zinātnes un tehnoloģiju centra Raisā direktors. Viņš arī nav viens. Arvien vairāk pētnieku piekrīt Smalley pārliecībai, ka materiālu struktūras kontrolei līdz dažiem atomiem vai molekulām būs milzīga ietekme uz visu, sākot no skaitļošanas līdz medicīnai. Spēja vienlaikus manipulēt ar vielu pa atomu ir bijusi zinātniskās fantastikas lieta gadiem ilgi. Taču nesenā augsto tehnoloģiju rīku attīstība, īpaši zondes, kas ir pietiekami jutīgas, lai gan attēlotu un pārvietotu atsevišķus atomus un molekulas, ir sākušas pārvērst šīs fantāzijas zinātniskā realitātē.

Pagājušajā gadā divas pētnieku grupas ir neatkarīgi izgatavojušas tranzistoru no vienas oglekļa molekulas. Zinātnieki ir izveidojuši informācijas uzglabāšanas ierīču prototipu, kuru datu biti ir pat 50 nanometri. Citi pētnieki nesen ir izveidojuši molekulu, kas griežas, darbojoties kā nanoritenis, kā arī rudimentāru abaku ar atsevišķām molekulām, kas darbojas kā slīdošās lodītes.

Tie, protams, ir laboratorijas jauninājumi. Un patiesībā neviens īsti nezina, kas radīsies no jaunās zinātnes. Pirmkārt, lai gan zinātnieki laboratorijā var rūpīgi izgatavot nanoierīces pa vienai, viņiem joprojām ir jāatrod ātrs un komerciāli iespējams veids, kā izgatavot no tām miljoniem. Viņiem arī trūkst uzticamu metožu nanomēroga komponentu integrēšanai. Taču šie pirmie soļi sniedz pārliecinošus pierādījumus tam, ka ir iespējams izveidot strādājošas nanoierīces, un tie ir sākuši radīt ievērojamu cerību (kopā ar diezgan lielu ažiotāžu), ka Smalley sapnis par jaunu materiālu izveidi ar molekulāro precizitāti piepildīsies.

Kūdras kari

Tas, kas ir atnesis šo sapni, ir pētnieku jaunatklātā spēja attēlot un manipulēt ar atsevišķiem atomiem. Astoņdesmito gadu sākumā fiziķi no IBM Research Cīrihē izgudroja skenējošo tunelēšanas mikroskopu (STM), kas pirmo reizi ļāva uzņemt tiešus matērijas attēlus atomu mērogā. Šis bija atklājums, kas atvēra nanopasauli. Paļaujoties uz STM un cieši saistītu instrumentu, ko sauc par atomu spēka mikroskopu (AFM), zinātnieki tagad var tieši virzīt atomus un molekulas un novietot tos vietā.

Ir divi atomu manipulācijas veidi. Viens no tiem ietver fizisku manipulāciju, lai bīdītu atomus pa metāla virsmu, veidojot 2-D struktūras. Otra pieeja mēģina izgatavot stabilas struktūras ar atomu izšķirtspēju, pārtraucot un veidojot ķīmiskās saites, izmantojot spēcīgos elektriskos laukus, ko rada pats STM aparāts.

Tie joprojām ir eksotiski laboratorijas pētījumi. Bet tiem, kas strādā korporatīvajās un universitāšu pētniecības laboratorijās, šo jaudīgo jauno rīku izstrāde nozīmē to, ka jūs varat būt mežonīgi, veidojot attēlus un manipulējot ar pilnīgi jaunām fiziskām struktūrām, norāda Donalds Eiglers, IBM Almaden pētniecības centra Sanhosē fiziķis. Kalifornijas Eiglera grupa, piemēram, pēta vairāku uz virsmas novietotu atomu magnētismu. Lai gan darbs, izmantojot STM, galu galā varētu novest pie progresa skaitļošanas un magnētisko datu glabāšanā, Eigleru virza ne tikai praktiski pielietojumi. Viņš saka, ka visvairāk mani aizrauj tas, kad es redzu kādu dabas aspektu, kas vēl nav redzēts. Šī ir jauna zāliena.

Šī jaunā zāliena robežas joprojām tiek novilktas dažkārt strīdīgās debatēs. Lielākā daļa fizikas zinātnieku ziņo, ka nanotelpa ir noslēpumaina vieta, kas darbojas saskaņā ar saviem noteikumiem. Un pat tādi pētnieki kā Smalley, kuri uzskata, ka darbs galu galā atmaksāsies ar ievērojamu labumu sabiedrībai, norāda, ka viņi tikai sāk izprast ļoti mazo fiziku un iemācīties kontrolēt uzvedību šajā jomā.

Tomēr daži apgalvo, ka viņiem tas viss ir, bet nav izdomāts. Gandrīz divas desmitgades K. Ēriks Drekslers, Palo Alto, Kalifornijā bāzētā Foresight Institute, bezpeļņas grupas, kuras mērķis ir veicināt nanotehnoloģiju, priekšsēdētājs, ir precīzi aprakstījis, kā nanoražošana darbosies un mainīs pasauli. Drekslers paredz pašreplicējošus nanorobotus, kas mehāniski saspiež atomus un molekulas, lai izveidotu plašu būtisku materiālu klāstu. Milzīgs skaits šo nanorobotu, kas strādā kopā, nodrošinātu pasaules materiālu vajadzības gandrīz bez maksas, būtībā noslaucot badu un izbeidzot piesārņojumu no tradicionālajām rūpnīcām.

Tā ir utopiska vīzija, kuru ir iemantojuši daži pētnieki, kas veic eksperimentus nanomērogā. Bet nav pārsteidzoši, ka tas ir ļoti pievilcīgs daudziem citiem. Šis nanotehnoloģijas jēdziens ir atdzīvojies pats par sevi. Un plašai tehnoloģiju entuziastu auditorijai, kā arī dažiem plašsaziņas līdzekļu pārstāvjiem, tā ir kļuvusi par vispazīstamāko nanotehnoloģiju sapņa versiju.

Pēc dažu zinātnieku domām, tieši tā ir problēma. Drekslera idejas, iespējams, ir palīdzējušas radīt priekšlaicīgu aizrautību par nanotehnoloģiju, taču pēc gadiem ilgas dzirdes grandiozas spekulācijas par drosmīgu jaunu nanopasauli, pētnieki saka, ka ir pienācis laiks ļaut zinātnei pārņemt fantāzijas. Nevienai no Drekslera idejām nav veikta eksperimentāla pārbaude, saka Marks Rīds, nanoelektronikas pētnieks un Jēlas Universitātes Elektrotehnikas nodaļas vadītājs. Tagad mēs sākam veikt reālus mērījumus un demonstrācijas tādā mērogā, lai iegūtu reālistisku priekšstatu par to, ko var izgatavot un kā lietas darbojas. Ir pienācis laiks īstajām nanotehnoloģijām piecelties.

Daži apgalvo, ka praktisko nanotehnoloģiju parādīšanās jau ir klāt. Tas ir pieticīgs sākums. Zinātnieki vēl neveido praktiskas elektroniskas ierīces no atsevišķiem atomiem vai molekulām, un nanorobotu tuvumā noteikti nav. Bet Ričards Zīgels, Renselāras Politehniskā institūta materiālu zinātnieks, kurš pagājušajā gadā vadīja Nacionālā Zinātnes fonda sponsorētu ziņojumu par nanotehnoloģiju, saka, ka kontrolēta materiālu sintēze nanometru mērogā jau ir sākusies. Ziņojumā arī secināts, ka visā pasaulē notiek sacensība par nanomateriālu izmantošanu un nanoierīču izveidi, ko vada daudzas universitātes pētniecības grupas un lielas rūpnieciskās laboratorijas, piemēram, IBM Research, Motorola un Japānas NEC Fundamental Research.

Pagaidām šie materiāli lielākoties tiek izgatavoti ar tradicionālām ķīmiskās sintēzes metodēm, taču Zīgels saka, ka ir sākušies rīki atomu attēlveidošanai, lai zinātnieki varētu izveidot selektīvas nanostruktūras. Siegel norāda, piemēram, uz nanokristālisko materiālu izstrādi, ko izmanto milzīgās magnētiskās pretestības (GMR) ierīcēs, kas pēdējos gados ir dramatiski paātrinājušas informācijas uzglabāšanas uzlabošanas tempu. GMR tehnoloģija balstās uz vairākiem plānu kārtiņu slāņiem, no kuriem daži ir tikai dažus atomus biezi; precīzs šo plāno kārtiņu slāņojums molekulārā līmenī ir atbildīgs par ierīces augsto jutību. Zīgels apgalvo, ka nanotehnoloģiju milzīgā ietekme būs nanoelektronikā. Viņš norāda, ka GMR izmantotie nanokristāli ir tikai šī aisberga redzamā daļa.

Tiem, kas ražo mikrometra izmēra ierīces (tagad izplatītas modernajā elektronikā un optikā), sadursme ar nanomērogu strauji tuvojas. Paplašinošais MEM (mikroelektromehānisko mašīnu) lauks, kurā tiek izstrādātas mazas mašīnas, kas darbotos kā viss, sākot no mikrofoniem līdz miniatūrām raķetēm, arī saskaras ar nanopasauli un regulāri veido darba daļas, kuru izmērs ir tikai daži simti nanometru.

Tomēr pūristiem ir jādomā par mazāku – daudz mazāku – pirms ieiet īstajā nanopasaulē. Šiem ķīmiķiem un fiziķiem tas ir zem aptuveni 50 nanometriem, kur sākas jautrība. Šajā jaunajā arēnā tādi spēki kā gravitācija, kas pārvalda ikdienas pasauli, ātri zaudē savu pazīstamo nozīmi. Fiziskā intuīcija nožēlojami neizdodas nanopasaulē. Jums ir jāatmet savi aizspriedumi, saka Rīds. Jūs redzat visu veidu neparastus efektus. Pirmkārt, elektroni var nokļūt vietās, kur saskaņā ar klasisko fiziku tie nevar būt. Dažos gadījumos, saka Rīds, tas ir tāpat kā mest tenisa bumbiņu pa garāžas durvīm un bumbiņai izlecot no otras puses.

Šeit arī sāk kļūdīties mūsdienu elektronika, kuras pamatā ir silīcijs. Nanomērogā parastie tranzistori izplūst elektronu veidā kā sieti, un piedevas atomi, kas ievietoti silīcijā, lai kontrolētu tā īpašības, uzvedas kā milzīgi, neveikli laukakmeņi. Tomēr, ja nanomērogs rada asus šķēršļus tradicionālajām elektroniskajām tehnoloģijām, tas paver arī ievērojamas jaunas iespējas, kuru dēļ mūsdienu elektronika var izskatīties kā modelis T.
Ja elektroniskās ierīces varētu samazināt līdz atsevišķu molekulu izmēram, spēle tiktu pilnībā mainīta. Molekulāro elektroniku 1970. gados ierosināja Marks Ratners, kurš tagad mācās Ziemeļrietumu universitātē, un Ari Avirams no IBM. Gadiem ilgi tā palika vilinoša ideja, kas tālu pārsniedz eksperimentālistu spējas. Taču pēdējo pāris gadu laikā vadošie pētnieki ir sākuši veidot reālus vadus un komponentus no atsevišķām molekulām. Un tagad viņi ir sākuši ražot neapstrādātas ierīces, kas faktiski darbojas.

Jēlā Rīds un viņa kolēģi, piemēram, ir izveidojuši diode no vairākām atsevišķām organiskām molekulām. Vienkāršā diode, kuras garums ir vairāki nanometri, nebūt nav praktiska ierīce, saka Rīds. Taču viņš piebilst, ka tas ir pirmais, iedrošinošais solis, lai izveidotu tranzistorus un loģiskās ierīces tādā mērogā.

Nanūdeles

Viens no galvenajiem molekulārās elektronikas sasniegumiem varētu būt eksotiska molekula, ko sauc par oglekļa nanocauruli. Šī ievērojamā oglekļa struktūra, ko 1991. gadā atklāja Japānas NEC pētnieki, ir tuvs ķīmiskais brālēns bukibolam, jaunai oglekļa formai, ko Smolijs atklāja 1985. gadā. Bet, lai gan beka bumba ir futbola bumbas formas molekula, kurā ir 60 oglekļa atomi, nanocaurules. ir garas caurules no sarullētas grafīta loksnes. Tie ir elektriski vadoši, un no tiem ir izveidoti vadi, kuru diametrs ir tikai daži nanometri.

Nanocaurules gan tiešā, gan metaforiskā nozīmē ir tunelis starp nano un makroskopisko pasauli. Šīs struktūras ļauj izveidot garu šķiedru, kas ir tikai dažus atomus plata. Praktiskā līmenī, saka Smalley, akumulatori var izmantot nanocaurules gan elektronu pārnešanai starp atomiem, gan uzlādes pārnešanai centimetru attālumā. Viņu lielais tikums ir tas, ka tie ir molekulāri, saka Smalley. Viņš saka, ka katra nanocaurule ir vienība, kurai ir sava uzvedība un integritāte. Tas nozīmē, ka jūs varat pārvietot atsevišķas oglekļa molekulas, piemēram, sīkus nanologus.

Faktiski nanocaurule darbojas vairāk kā vārīti spageti, saka Phaedon Avouris, IBM Research nanometru mēroga zinātnes un tehnoloģiju grupas vadītājs Yorktown Heights, NY Katra nanocaurule pielips pie virsmas, un šī adhēzija ir pietiekami spēcīga, lai saglabātu jebkuru formu. iespiediet to. Adhēzija nodrošina arī labu elektrisko kontaktu starp nanocauruli un metāla elektrodiem.

Pavisam nesen Avouris un viņa kolēģi ir manevrējuši vienu no šīm nanonūdelēm, lai savienotu elektrodu pāri, un saspieda molekulas gredzenos un burtos. IBM zinātnieki no vienas nanocaurules ir izveidojuši arī funkcionālu lauka efekta tranzistoru — pamata elektronisku ierīci — istabas temperatūrā.

Veiksmīga molekulārās elektronikas attīstība nozīmētu, ka vienā mikroshēmā varētu būt miljardiem nanomēroga tranzistoru, padarot datoru jaudīgāku par mūsdienu mašīnām. Tas varētu nozīmēt arī mazu un lētu datoru būvniecību, kuros atrodas miljoniem nanotranzistoru; šādus sāls graudu izmēra datorus varētu viegli un lēti iekļaut daudzos citos produktos, pat viedos materiālos.

Nanotehnoloģijas varētu arī padarīt iespējamas informācijas glabāšanas ierīces ar milzīgu jaudu. Pētnieki no IBM Research Cīrihē, kuru vada fiziķi Gerds Binigs un Pīters Vetigers, veido mikromehānisku prototipu, kas izmanto sīkus silīcija uzgaļus, lai nolasītu un rakstītu datu bitus, kas ir mazāki par 50 nanometriem. Tas nozīmētu cietos diskus ar gandrīz triljonu baitu (terabaitu) lielu atmiņas ietilpību — par pāris kārtām lielākus nekā cietie diski mūsdienu augstākā līmeņa personālajos datoros. Tas varētu nozīmēt arī mazus izstrādājumus, piemēram, rokas pulksteņa izmēru, kuriem ir milzīga uzglabāšanas jauda.

Savos eksperimentos Binnig un viņa kolēģi izmanto AFM galu, lai nolasītu informācijas nanobitus uz polimēra virsmas. Tomēr viena padoma izmantošana nozīmētu procesu, kas ir pārāk lēns, lai būtu praktisks. Tāpēc Binnig ir vadu bloki ar vairāk nekā 1000 AFM uzgaļiem, kas darbojas paralēli. Masīvi var ātri ierakstīt informāciju, substrātā iespiežot sīkus šķelšanās punktus, un nolasīt nanobitus, atklājot ieplakas.
Tikmēr Binniga kolēģi no IBM Cīrihes ir izmantojuši STM, lai ar pulksteņa mehānisma precizitāti iegūtu vēl mazākus nanoobjektus. Džeimss Gimževskis, IBM ķīmiķis, ir uzbūvējis izcili mazu abakusu. Gimževskis izmantoja STM galu kā pirkstu, lai pārvietotu abakusa lodītes, kas ir bumbiņas, kuru diametrs ir mazāks par 1 nanometru.

Gimževska jaunākais izgudrojums ir ritenis, kas izgatavots no dzenskrūves formas molekulas, kas griežas uz mazas, gultņiem līdzīgas struktūras. Gimzevskis saka, ka, lai gan rotējošā molekula liecina par iespējamām nākotnes nanomašīnām, pētījumi joprojām ir embrionāli. Šobrīd viņš saka: ja jūs varat kaut ko panākt, lai nanopasaulē darbotos, jums nav jāuztraucas par tās praktiskumu. Mēs tikai sākam. Tas ir kā bērni, kas spēlējas ar Lego.
Cīrihes darbs atspoguļo dziļi iesakņojušos un stingri šveiciešu ticību mehānikai. Fiziķis Binigs saka, ka mehānika ir ignorēta, jo elektronika ir tik veiksmīga. Tas tiek uzskatīts par vecmodīgu. Tomēr viņa ierīce informācijas glabāšanai darbojas vairāk vai mazāk kā maza fonogrāfa adata.

Viņš saka, ka, izpētot nanopasauli, mehāniskās ierīces kļūst par pievilcīgu alternatīvu elektronikai.
Binigs saka, ka mehānisko pieeju var paplašināt, pārsniedzot datu glabāšanu, un ka visu, ko varat darīt elektroniski, varat izdarīt arī mehāniski. Elektronika ir īpaši laba, lai virzītu enerģiju pa precīziem ceļiem uz skaidri noteiktu vietu. Taču viņš saka, ka nanomehānikai ir priekšrocība strādāt ar ļoti zemu enerģijas patēriņu. Lai gan 3-D nanoelektronikas ierīce nekavējoties izkusīs no sava siltuma, Binnig saka, ka jūs varētu iedomāties 3-D nanomehānisku ierīci, kas darbotos vēsā veidā. Turklāt mehāniskās ierīces var izrādīties vieglāk nekā elektronikas integrēt ar bioloģiskām, optiskām un ķīmiskām sistēmām.

Ievadiet Hype

kaut kur šeit zinātne sāk sajaukties ar zinātnisko fantastiku. Ja jūs varat izgatavot nanoratu, kāpēc gan ne nanopārnesumu? Pašpiedziņas nanolaiva? Kāpēc gan neuzbūvēt nanorobotu, lai pārvietotos pa atomiem jūsu vietā?

Un, kamēr jūs to darāt, kāpēc gan neizgatavot nanorobotus, kas spēj paši sevi atdarināt, ļaujot strādāt nanorūpnīcās, kas spēj salikt gandrīz jebko no atomu pamatelementiem? Laipni lūdzam molekulārajā ražošanā, kā to sludina nanoevaņģēlists Drekslers. Dreksleriešu vīzijas pamatā ir gizmo, ko sauc par montētāju. Šis hipotēzes robotu aparāts darbotos, mehāniski pozicionējot atomus praktiski jebkurā konfigurācijā. Ja ķīmija starp atomiem nenotiek, montētājs pieliek nelielu mehānisku spēku (Drekslers un viņa sekotāji to sauc par mehānisko ķīmiju). Lieciet miljardiem šo montētāju strādāt paralēli, lai pareizi sakārtotu visus atomus, un tad jūs varat izveidot gandrīz jebko, ko vien varat iedomāties.

Ir tikai viena problēma: daži ķīmiķi, fiziķi vai materiālu zinātnieki redz pierādījumus, ka tas būs iespējams. Daudzi Dreksleri vīzijas ticīgie ir datorzinātnieki, kuri ar prieku simulē, kā tas viss darbosies. Viņi ražo elegantus nanozobratu un sūkņu molekulāros modeļus, bet nesniedz skaidru plānu, kā šādas lietas faktiski izveidot.

Molekulārās ražošanas atbalstītājus neattur viņu populārāko kolēģu skepticisms, lai gan viņi atzīst, ka viņu redzējums tiks realizēts gadu desmitiem. Teorētiskie aprēķini un datormodelēšana liecina, ka to var izdarīt, uzstāj Ralfs Merkls, Xerox Palo Alto pētniecības centra datorzinātnieks un Foresight institūta direktors kopā ar Dreksleru. Jo īpaši Merkle aizstāv divus galvenos priekšlikumus, kas visvairāk izraisījuši citu zinātnieku uzmanību: ierosinājums par pašreplicējošiem montētājiem un atomu un molekulu pozicionālā kontrole, lai veiktu mehānisko ķīmiju.

Pašreplikācijā molekulārais dators vadītu nanorobotiskas rokas uzbūvi, lai izveidotu citu datoru; šis otrais dators pēc tam vada cita maza datora uzbūvi utt. Merkle saka, ka pašreplicēšana ir jēdziens, kas datorzinātnēs pastāv jau gadiem ilgi, un loģiski, ka tam vajadzētu darboties. Pozicionālās kontroles ideja prasa, lai robotu rokas precīzi novietotu atomus un molekulas tā, lai tie savienotos, veidojot visu, ko vēlaties. Kamēr jūs nepārkāpjat nekādus fiziskus likumus, saka Merkle, šai mehāniskajai pieejai ķīmijai ir jēga.

Taču Drekslera kritiķi norāda, ka ķīmija ir ļoti sarežģīts process molekulārā līmenī. Spēlēt ķīmijas spēli, saka Smalley, nozīmē kontrolēt atomus trīs dimensijās. Katrā reakcijas vietā atomi jūt aptuveni duci blakus esošo atomu ietekmi; lai veiktu mehānisko ķīmiju, jums būs jākontrolē katra kustība. Nanorobotam tas būtu neiedomājami sarežģīts žonglēšanas akts. Citi ļoti cienījami pētnieki vienkārši noraida Drekslera idejas. IBM Eigler saka: viņam nav bijusi nekāda ietekme uz to, kas notiek nanozinātnē. Pamatojoties uz mazo, ko esmu redzējis, Drekslera idejas ir nanofantastiski priekšstati, kas nav īpaši nozīmīgi.

Montāžas līnijas

jebkurā gadījumā, pirms pētnieki uztraucas par nanorūpnīcu celtniecību, viņiem ir jāizdomā praktisks veids, kā masveidā ražot jebkuru ierīci nanomērogā. Daži cer, ka dažādas eksotiskas litogrāfijas formas (optiskā litogrāfija ir standarta tehnoloģija, ko izmanto, lai iegravētu rakstus uz silīcija mikroshēmām) darbotos zem 100 nanometriem. Taču to, cik mazas un cik ātras litogrāfijas metodes galu galā varētu kļūt, var minēt (sk. Chips Go Nano, 55. lpp.). Tāpat molekulu stumšana pa vienai, izmantojot STM, ir ārkārtīgi lēns un sarežģīts veids, kā kaut ko izgatavot. Turklāt, kad esat pabeidzis, jums joprojām ir tikai viens ļoti mazs objekts. Viena datora mikroshēmas izveide pa vienam atomam, izmantojot mūsdienu STM tehnoloģiju, saskaņā ar aplēsēm aizņemtu 1000 gadus.

Viens no risinājumiem ir savienot STM vai AFM uzgaļus masīvā, kas darbojas paralēli — nanomehāniskā montāžas līnija, kas varētu patikt Henrijam Fordam. Tā ir stratēģija, kuru IBM Binigs izmanto savā informācijas glabāšanas ierīcē. Un, lai gan šo mazo masīvu pieslēgšana un pārvēršana par darba ierīci ir grūts darbs, IBM Cīrihes un vairāku citu laboratoriju veiktais sākotnējais pētījums liecina, ka tas varētu darboties.

Bet daudzi uzskata, ka ilgtermiņa atbilde ir procesā, ko sauc par pašsavienošanos. Atšķirībā no Drekslera būvniecības plāna, kurā atomu pārvietošanai tiek izmantoti paši replikējoši nanoroboti, pašmontāža balstās uz ķīmiju, lai novietotu nanomēroga struktūras gabalus, izmantojot noteiktu molekulu spēju sakārtoties sarežģītās struktūrās. Ķīmiskā izteiksmē pašsavienošanās darbojas, jo molekulas meklē vēlamās struktūras termodinamisko minimumu. Padomājiet par to kā par paneļu māju, kas pati būvē, izmantojot ķīmiju.

Taču līdz šim ķīmiķi un materiālu zinātnieki ir iemācījušies būvēt tikai visvienkāršākās konstrukcijas. Īpašu īpašību salikšana materiālos un dažādu materiālu apvienošana joprojām ir biedējošs izaicinājums.

Šīs problēmas risinājums varētu noteikt, kuras nanoierīces ir praktiskas un cik ilgs laiks nepieciešams, lai tās nonāktu tirgū. Lielākajai daļai lietojumu jums būs jāizgatavo un jāintegrē miljardiem nanoobjektu. Un, lai konkurētu tādās jomās kā informācijas tehnoloģijas, jums tas būs jādara ļoti lēti. Tam, kā saka daudzi zinātnieki, būs vajadzīgas ķīmijas sintēzes spējas. Negaidiet, ka kāds nonāks līdz vietai, kad jūs pievienojat sastāvdaļas vārglāzē un tiek parādīta integrētā shēma, saka Jēlas Rīds. Tomēr ir cerība, ka pašmontāža galu galā varētu novietot nanoelektroniskās ierīces, kur tās vēlaties, saka Rīds.
Tas prasīs laiku. Taču ir iepriecinošas pazīmes, ka šī pieeja darbosies. Pašsavienošanās savā ziņā ir vieta, kur ķīmija un materiālu zinātne — reālu lietu veidošanas māksla — satiekas ar nanomēroga fiziku. Fizika ir nodrošinājusi zinātniekiem līdzekļus, lai manipulētu ar nanoobjektiem un izprastu nanopasaules darbību, un tagad pētnieki meklē ķīmiju un materiālu zinātni, lai iegūtu nākamos sasniegumus, kas palīdzēs pārvērst visu šo darbu praktiskā tehnoloģijā.

Neviens īsti nezina, no kurienes nāks šie sasniegumi vai pat ja tie nāks. Taču, nanopasaules zinātnei augot, no nanomiglas sāk parādīties reālo iespēju forma.

paslēpties