Nanomateriallar va nanotexnologiya. Asosiy tushunchalar va ta'riflar

Skanerli tunnel mikroskopiyasi
Nano dunyoni to'xtovsiz tadqiq qilishda kamida ikkita voqea muhim rol o'ynadi:
Skanerli tunnel mikroskopini (G. Ben-nig, G. Rorer, 1982) va skanerlovchi atom-kuch mikroskopini (G. Bennig, K. Kuatt, K. Gerber, 1986) yaratish (1992 yil Nobel mukofoti);
Tabiatda uglerod mavjudligining yangi shakli - fullerenlarning kashf etilishi (N. Kroto, J. Health, S. O "Brien, R. Curl, R. Smal-ley, 1985) (Nobel mukofoti 1996).
Yangi mikroskoplar monokristallar sirtining atom-molekulyar strukturasini nanometr o'lchamlari oralig'ida kuzatish imkonini berdi. Qurilmalarning eng yaxshi fazoviy ruxsati sirt uchun normal nanometrning yuzdan bir qismidir. Skanerli tunnel mikroskopining harakati elektronlarning vakuum to'sig'i orqali tunnellanishiga asoslangan. Yuqori aniqlik, to'siqning kengligi atomning o'lchamiga qarab o'zgarganda, tunnel oqimining uch darajaga o'zgarishi bilan bog'liq. Kvant tunnel effekti nazariyasi G.A. Gamov 1928 yilda a-emirilish haqidagi maqolalarida.
Hozirgi vaqtda metallarning monokristallari, yarim o'tkazgichlar, yuqori haroratli o'ta o'tkazgichlar, organik molekulalar va biologik ob'ektlarning atom tuzilishini kuzatish uchun turli xil skanerlash mikroskoplari qo'llaniladi. Shaklda. 1-rasmda silikon monokristalining (100) yuzining pastki terasining qayta tiklangan yuzasi ko'rsatilgan. Kulrang doiralar kremniy atomlarini ifodalaydi. Qorong'i joylar mahalliy nano o'lchamdagi nuqsonlardir. Shaklda. 2-rasmda kumushning (110) yuzining (chap ramka) va kislorod atomlari bilan qoplangan bir xil sirtning (o'ng ramka) toza yuzasining atom tuzilishi ko'rsatilgan. Ma'lum bo'lishicha, kislorod xaotik tarzda adsorbsiyalanmaydi, balki ma'lum bir kristallografik yo'nalish bo'ylab ancha uzun zanjirlar hosil qiladi. Ikki va bitta zanjirning mavjudligi kislorodning ikki shaklini ko'rsatadi.
Bu shakllar etilen kabi uglevodorodlarning tanlab oksidlanishida muhim rol o'ynaydi. Shaklda. 3, yuqori haroratli supero'tkazgich Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 2 ning nanostrukturasini ko'rish mumkin. Shaklning chap ramkasida. Benzol molekulalarining aniq ko'rinadigan 4 ta halqasi (C 6 H 6). O'ng ramkada polietilenning CH 2 zanjirlari ko'rsatilgan. Ishda virusning tirik hujayraga kirib borishi haqidagi laboratoriya filmidan olingan kadrlar ketma-ketligi keltirilgan.
Yangi mikroskoplar nafaqat moddaning atom-molekulyar tuzilishini o'rganish uchun foydalidir. Ular nanostrukturalarni loyihalash uchun mos bo'lib chiqdi. Mikroskopning uchi bilan muayyan harakatlar yordamida atom tuzilmalarini yaratish mumkin. 5-rasmda nikel monokristalining (110) yuzidagi alohida ksenon atomlaridan "IBM" yozuvini yaratish bosqichlari ko'rsatilgan. Alohida atomlardan nanostrukturalarni yaratish paytida uchining harakati xokkeychining kaltak bilan shaybani oldinga siljitish texnikasiga o'xshaydi. Tegishli matematik modellar asosida uchi harakati va manipulyatsiya qilingan atomlarning siljishi o'rtasida notrivial aloqani o'rnatadigan kompyuter algoritmlarini yaratish qiziqish uyg'otadi. Nanostrukturalarning avtomatik assemblerlarini ishlab chiqish uchun modellar va algoritmlar kerak.

Guruch. 4: a - C 6 H 6; b - CH 2 - CH 2

Guruch. 5. Xe / Ni (110)