Нанотехнологии

История зарождения и развития нанотехнологий 
Нанонаука 
основывается 
на 
исследовании, 
создании 
и 
модификации объектов, содержащих компоненты размером менее 
100 нм хотя бы в одном измерении, что приводит к принципиально 
новым качествам. Эта отрасль знаний относительно молода и ей не 
более ста лет. Первым ученым, использующим измерения в 
нанометрах, считается швейцарский физик Альберт Эйнштейн, 
который в 1905 году опубликовал работу, в которой доказал, что 
размер молекулы сахара составляет около 1 нанометра (10-9 м). 
Идею создания специальных приборов, способных проникать в 
глубины материи до пределов наномира, выдвинул выдающийся 
американский электротехник и изобретатель, физик и философ 
сербского происхождения Никола Тесла. Это он предсказал 
создание электронного микроскопа. 
Впервые теоретическими исследованиями, положившими начало 
разработке средств для будущих нанотехнологий, стал труд физика-
теоретика Георгия Антоновича Гамова российского происхождения. 
В 1920-х годах он впервые представил решения уравнений Эрвина 

---

Шредингера. Уникальным свойством квантовых частиц, в том числе 
электронов, является их способность проникать через препятствие, 
даже 
если 
их 
энергия 
ниже 
потенциального 
барьера, 
соответствующего этому препятствию. Электрон, который на своем 
пути сталкивается с барьером, требующим больше энергии, чем у 
него есть, на него это не влияет, и он преодолевает барьер с потерей 
энергии (как волна). Открытое явление, известное как «туннельный 
эффект», 
позволило 
объяснить 
многие 
экспериментально 
наблюдаемые процессы. Найдено решение для описания процессов 
при вылетах частиц из ядер, компонентиях в воздухе Основанная 
наука и техника. Уже в 1956 году Г.А. Гамов получил премию Калинги 
за популяризацию науки. 
В 1931 году немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали 
электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать 
нанообъекты. В том же году компания Siemens, где работала Е.А. 
Руска, выпустила первый коммерческий электронный микроскоп с 
разрешением 10 нм. 
Следующий шаг был сделан лишь в 1956 году, когда Джон Алоизиус 
О’Киф (John Aloysius O’Keefe) из Военной картографической службы 
США предложил конструкцию микроскопа, в котором свет 
появляется из крошечного отверстия в непрозрачном экране и 
освещает объект, находящийся в непосредственной близости от 
экрана. Свет, который проходил через образец или отражался 
обратно в отверстие от образца, регистрировался при перемещении 

---

образца назад и вперед (сканирование). Американец описал свой 
метод как ближнепольную сканирующую микроскопию и отметил, 
что разрешение такого микроскопа не ограничивается длиной 
волны света, а только размером отверстия. Теоретически такое 
устройство может создавать изображение деталей, длина волны 
которых меньше половины длины волны. 
Стремительное развитие электроники в 1950-х годах привело к 
открытию туннельного диода японским физиком Львом Эсаки. В то 
же 
время, 
заведующий 
сектором 
физико-теоретических 
исследований НИИ «Пульсар» Юрий Сергеевич Тиходиев впервые 
предложил расчеты параметров и вариантов применения устройств 
на основе многослойных тоннельных конструкций, позволяющих 
достичь рекордных результатов за период скорости. 
Идея о том, что в будущем человечество сможет создавать объекты, 
собирая их «молекула за молекулой», «атом за атомом», восходит к 
знаменитой лекции «Там внизу много места» одного из величайших 
физиков ХХ века, лауреата Нобелевской премии, профессора 
Калифорнийского технологического института. Ученый прочитал 
свою первую лекцию на годичной конференции Американского 
физического общества под названием «Полно игрушек на полу 
комнаты». Он обратил внимание на проблемы миниатюризации, 
которые были актуальны в то время в физической электронике, 
машиностроении и информатике. 

---

Некоторые 
считают 
эту 
работу 
основополагающей 
для 
нанотехнологий. С очень общей точки зрения Фейнман 
проанализировал 
возможности 
изменения 
масштаба 
электромеханических устройств, электрических цепей и проблему 
записи, сжатия и хранения информации. Идеи Ричарда Фейнмана 
показались зрителям фантастическими, потому что практическая 
реализация 
предложенных 
им 
устройств 
и 
механизмов 
рассматривалась как проблема далекого будущего или даже 
невозможная. Сегодня мы еще раз убедились, что идеи великого 
американского физика были вполне реалистичны, и многие из них 
уже воплощены в математических расчетах и практическом 
применении. 
Наиболее актуальной задачей остается разработка и создание 
инструментальных (метрологических) приборов для исследования 
атомной структуры конструкционных материалов на наноуровне. 
В 1964 году Гордон Эрл Мур, почетный президент и соучредитель 
американской 
компании, 
предложил, 
чтобы 
количество 
транзисторов на кристалле удваивалось каждые два года. Это 
наблюдение называлось первым законом Мура. Он показал 
зависимость роста мощности чипов памяти от времени их 
производства и нашел закономерность: каждый раз новые модели 
чипов появлялись примерно через равные промежутки времени. 
Каждый раз их вместимость удваивалась. Таким образом, развитие 
микроэлектроники в кратчайшие сроки подтолкнуло к дальнейшей 

---

миниатюризации компонентной базы и, как следствие, к 
исследованиям в области их приборостроения. 
В 1966 году американский физик Рассел Янг, работавший в 
Национальном бюро стандартов, предложил пьезоэлектрический 
контрольный прибор, который в настоящее время используется в 
сканирующих туннельных микроскопах и для позиционирования 
наноинструментов. 
В то же время Дэвид Джонс теоретически разработал замкнутые 
сфероидальные клетки из своего рода свернутых нанографитовых 
слоев. Было показано, что объект, введенный в гексагональную 
сетку обычного графита, который приводит к сложной изогнутой 
поверхности, может быть пятиугольником. 
В 1971 году Р.Ян предложил идею прибора «Топограф», который 
послужил прототипом зондового микроскопа. Однако по 
экономическим причинам работы над устройством вскоре были 
прекращены. 
Годом 
позже, 
в 
1972 
году, 
с 
помощью 
пьезоэлектрических устройств движения Юнгу удалось перемещать 
и позиционировать объекты в трех направлениях с точностью до 
0,01 ангстрема. Прошло более пяти лет с момента разработки 
пьезоэлектрического двигателя. Длительные сроки разработки 
подобных устройств можно объяснить тем, что наблюдение за 
атомными структурами приводит к изменению их состояния, 
поэтому 
потребовались 
качественно 
новые 
подходы, 
не 
разрушающие исследуемое вещество. 

---

Многие ученые во всем мире в той или иной степени работали с 
объектами нано-уровня, но термин «нанотехнология» впервые был 
придуман японским физиком Норио Танигути из Университета 
Токио. По словам Танигути, нанотехнология — это технология 
создания объектов размером около 109 м (атомов, молекул), 
включающая в себя процесс разделения, сборки и изменения 
материалов путем воздействия на них атома или молекулы. 
Накопление знаний в области нанотехнологий позволило по-новому 
взглянуть на ряд уникальных природных явлений. Например, в 1975 
году немецкий ученый-ботаник В.В. Ломоносов. Бартлотт и К. 
Найнуйс открыли и запатентовали явление самоочищения 
поверхностей некоторых растений и тот факт, что это явление 
происходит на наноструктурных поверхностях. 
Термин «нанотехнология» стал популярным в 1986 году после 
выхода в свет знаменитой книги К.Э. Дрекслера «Машины творения: 
грядущая эпоха нанотехнологий». В настоящее время термин 
«нанотехнология» охватывает не только совокупность методов и 
приемов синтеза, сборки, структурообразования и модификации 
материалов с целью создания систем с новыми свойствами, 
обусловленными проявлением явлений и факторов на наноуровне 
(на уровне молекул и атомов), но и систему знаний, навыков, 
материаловедения, 
аппаратных 
средств, 
процедур 
информационного обеспечения и технологических операций. 

---

В России в 1987 — 1988 гг. в НИИ «Дельта» было введено в 
эксплуатацию 
первое 
отечественное 
нанотехнологическое 
оборудование, которое осуществляло направленное удаление 
частиц с края зонда микроскопа под действием нагревания. Основан 
под руководством П.Н. Лускиновича. Почти одновременно, в 1990 
году, в Институте ядерной физики Германии был выделен первый 
метод 
искусственного 
получения 
и 
извлечения 
твердокристаллического фуллерита. 
В области прикладных нанотехнологических исследований можно 
также отметить работу Корпорации НТ-МДТ, основанной в 1991 году 
в Зеленограде выпускниками Московского физико-технического 
института. Постановлением Правительства Российской Федерации 
от 2 августа 2007 г. № 498 утверждена Федеральная целевая 
программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской 
Федерации на 2008-2010 годы». Целью данной программы было 
создание в России современной инфраструктуры национальной 
нанотехнологической сети для развития и реализации потенциала 
российской наноиндустрии. 
Таким образом, история нанотехнологий показывает нам, что не все 
грани нашего человечества открыты и доказаны. Нанотехнологии 
продолжают развиваться и играют незаменимую роль в нашей 
повседневной жизни.