News image News image News image News image News image News image News image News image


35 атомов, которые изменили мир
Новости и технологии - Наноматериалы

35 атомов, которые изменили мир

Если когда научному сообществу и требовались доказательства реальности нанотехнологии, Дон Айглер и Эрхард Швайцер привели такое доказательство в выпуске Nature от 5 апреля 1990 года. Ученые, работавшие в исследовательском центре IBM в Калифорнии, использовали сканирующий туннельный микроскоп для перемещения по металлической поверхности индивидуальных атомов. Таким образом они создали, возможно, самый популярный образ нанотехнологии - буквы IBM, написанные на никелевой поверхности 35 атомами ксенона.
Ученые десятилетиями изучали атомы и субатомные частицы внутри них, но увидеть отдельные атомы настолько четко - и даже перемещать их! - совсем другая задача. Статья в Nature продемонстрировала, что средствами нанотехнологии можно контролировать материалы на наноуровне, атом за атомом. И если назвать Айглера и Швайцера как героев апреля 1990 года, нужно упомянуть и третьего героя: сканирующий туннельный микроскоп.
Научные приключения, приведшие к прорыву ученых, длились до того как минимум 35 лет. 11 октября 1955 года в Пенсильванском университете Эрвин Мюллер с использованием полевого ионного микроскопа, охлажденного до температуры жидкого азота, зафиксировал изображение решетки вольфрама, в которой были видны индивидуальные атомы.
Еще один герой этого приключения - Рассел Янг, который изобрел топографайнер в ходе своей работы в Национальном бюро стандартов США. Прибор состоял из вольфрамового полевого излучателя, закрепленного на пьезоэлектрической платформе. При помещении излучателя на расстояние около 3 нм от поверхности образца появлялся электрический ток, что приводило к высвобождению с поверхности электронов и фотонов. Пара детекторов использовалась для фиксации этих электронов и фотонов при движении излучателя вдоль поверхности при зафиксированном расстоянии между излучателем и поверхностью, что позволило превратить эти измерения в трехмерную картинку поверхности. Обычно вертикальное разрешение составляло 3 нм, но иногда топографайнеру удавалось достичь разрешения до 0.3 нм (чего вполне достаточно, чтобы фиксировать ступеньки на поверхности высотой в один атом). Однако у топографайнера было два ограничения: 1. он не мог видеть отдельные атомы и 2. высокое требуемое напряжение иногда повреждало поверхность.

Глядя на отдельные атомы

первый сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) был создан в 1981 году Гердом Биннигом и Хайнрихом Рорером, которые хотели изучить атомную поверхность более детально, чем было возможно в то время. Бинниг и Рорер, работавшие в лаборатории IBM в Цюрихе, поместили ультратонкий зонд на поверхность пьезоэлектрика, подвели конец зонда на расстояние порядка нанометра от поверхности и приложили напряжение, заставляя электроны из зонда туннелировать к образцу. Туннельный ток был очень чувствителен к расстоянию между зондом и поверхностью, поэтому по изменению этого тока при движении зонда вдоль поверхности позволило увидеть такие малые объекты, как атом.
Развитие топографайнера подошло к концу в 1970-х годах. Полевой ионный микроскоп до сих пор играет в микроскопии важную роль, но СТМ и его младшая сестричка, атомно-силовой микроскоп (АСМ), сегодня делают всю самую тяжелую работу в области наноизображений.
На момент выпуска своей статьи в августе 1985 года в Scientific American Бинниг и Рорер описывали свое изобретение только как устройство визуализации , а не инструмент для перемещения отдельных атомов. Статьи о том, что с помощью СТМ можно перемещать объекты на наноуровне, начал писать в 1985 году инженер из Аризоны Конрад Шнайкер. Он назвал СТМ машиной Фейнмана , поскольку он думал, что это поможет исполнить идею Фейнмана по точному контролю отдельных атомов и молекул. В декабре 1986 года Бинниг и Рорер включили в свою нобелевскую лекцию небольшое рассуждение о том, что СТМ может стать машиной Фейнмана .
Оставалось недолго до демонстрации возможностей СТМ по перемещению атомов. В январе 1987 года, спустя месяц после получения Биннигом и Рорером Нобелевской премии, Рассел Бекер с коллегами из лаборатории Белла объявили, что с использованием зонда СТМ им удалось модифицировать на атомном уровне поверхность германия. Этот поверхностный бит , по их словам, представлял собой наименьшее на сегодняшний пространственное переупорядочение атомов на поверхности , хотя происхождение такого поверхностного бита оставалась неясной.
Затем, в 1988 году, Джозеф Фостер из IBM объявили, что с помощью СТМ могут приколоть отдельную органическую молекулу на поверхность углерода, а также удалять другие молекулы с такой поверхности. Манипуляция на наноуровне вышла на финишную прямую.

Двигая атомы

28 сентября 1989 года Айглер переместил атом ксенона туда и сюда между двумя дефектами на поверхности платины. В своем лабораторном журнале за тот день под заголовком Впервые контролируем движение атома Айглер написал Получилось , Получилось и Опять получилось! 3 в ряд. Хотя отдельный атом и был передвинут, визуализация на платиновой поверхности была затруднена. Айглеру нужна была поверхность, на которой было бы ясно видно, что он достиг атомного разрешения в позиционировании.
Поферхность кристаллического (110) никеля, полученная коллегой Айглера Джо Штором, решила эту проблему. 9 и 10 ноября 1989 года Айглер и Швайцер, ученый, приехавший с визитом из Берлина, охладили камеру СТМ до 4 К и поместили на никелевую поверхность атомы ксенона. После размещения случайным образом атомов ксенона, они подвели зонд СТМ ближе, чем обычно требовалось для визуализации, что позволило приклеить атом к к зонду, перенести вдоль поверхности к нужному месте и отсоединить в этом месте. После того, как они проделали это с 35 атомами ксенона, по одному за раз, в течение 22 часов, атомами было выложено слово IBM. Они назвали это первой конструкцией по упорядоченному размещению атомов .
14 февраля 1990 года Айглер исоплзовал для перемещения атомов другой метод: вместо того, чтобы таскать атомы вдоль поверхности, он приподнимал их над поверхностью никеля и опускал в новом месте. В лабораторном журнале в тот день слова успешно поднял и успешно опустил повторялись 6 раз - никаких сомнений в воспроизводимости, - а затем крупно и жирно написано: Мне действительно весело!!
Позже Айглер с коллегами построили огромное количество структур, атом за атомом, и исследовали бездну до тех пор не известных физических явлений в этих структурах. Прекрасные изображения из той работы доступны в STM Image Gallery. И начиная с апреля 1990 года для ученых стало обычным делом создавать логотипы институтов и другие картинки с помощью СТМ.
Несмотря на то, что это позволяет перемещать атомы для создания любых картинок, важно понять, что это не имеет отношения к промышленности. Так не удастся размещать атомы на больших площадях. Как писал Айглер, это лабораторный инструмент , а не промышленный, и его значение в том, что мы можем лучше изучить поведение атомов. Более того, добавляет Айглер, манипуляция атомами сегодня столь же захватывающа, как и 20 лет назад .

Вместо заключения

Есть видео о том, как 30 марта 2008 года в музее науки в Бостоне ученый показывает посетителям СТМ. Пока перемещает мышку ноутбука в Бостоне, на экране видна металлическая поверхность в реальном времени в университете Сан-Хосе на другом континенте. Зонд СТМ перемещается, пока не разместится точно над одиночным атомом меди. Зонд снижается, и мы слышим, как атом приклеился к нему. Зонд поднимается, перемещается в другое место, где оставляет атом на новом месте. Новый скан подтверждает, что атом перемещен. Не правда ли, это столь же захватывающе, как исходный эксперимент Айглера-Швайцера?
Когда презентация подходит к концу, лектор предлагает любому желающему попробовать переместить атом, и затем сообщает довольному ребенку: Ты переместил атом!
Этот ученый - Дон Айглер.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Устройство, работающее от солнечной энер

News image

Устройство из нанотрубок, питаемое только лишь энергией естественного солнечного света, способно превращать смесь углекислого газа и ...

Украинцы вырастили самый большой сапфир

News image

Новости по теме: На Тайване ученые вырастили трех светящихся зеленых свинейВ Мексике залили самый большой в ...

Соломинка жизни — единственный источник

News image

Lifestraw («соломинка жизни»), переносная система фильтрации питьевой воды, завоевала главный приз на пятом конкурсе Идей, Ме...

В НАСА выбирают цель следующей миссии

News image

В настоящее время у НАСА имеется три предложения касательно целей будущей миссии, космический аппарат которой со...

Электроэнергия из тепла человеческого те

News image

Инженеры из Фраунгоферовского института интегральных схем IIS разработали единственный в своем роде трансформ...

Нанотехнологии в космосе

News image

 «Роснанотех» и научно-производственное предприятие «Квант» запустили уникальный научный проект: производство солнечных батарей для космических спутников и ...

Нанопокрытие оставит без работы мойщиков

News image

Ученые из Тель-Авивского Университета уверены, что недавно проведенные ими исследования в области нанотехнологий может оставить бе...

10 фактов об устрашающем адронном коллай

News image

Новость о проводимом в Европе эксперименте сколыхнула общественное спокойствие, поднявшись на первые позиции списка обсуждаемых те...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Создан пластик для солнечных батарей

Как сообщает портал Earth & Sky, создан пластик, который способен применяться в солнечных батареях. Ученые, рабатющие над созданием нового вида со...

Немецкий лазерный пинцет удостоен американской премии

Немецкая компания JPK Instruments (Берлин) была удостоена американской премии Prism Award for Photonics Innovation. Всего международное жюри оценивало более 135 прод...

Созданы фотоэлементы, которые строят себя сами

Ученые продемонстрировали простой и дешевый способ создания самоорганизующихся электронных устройств. В их основе лежит тот факт, что вода и жидкое масло не...

Ученые Северной Каролины разрабатывают гибкие антенны

Антенны не только для того, чтобы слушать радио. Они используются во всем, начиная с сотовых телефонов и заканчивая GPS. Исследование го...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.