Особливості змістовної частини курсу з фізики наноструктур

для магістерської програми

 

Поперенко Леонід Володимирович – доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач кафедри оптики фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, акад. АН ВШ України

 

Предмет спецкурсу „Фізика наноструктур” і його місце в оптичному матеріалознавстві  визначаються тим, що на зміну „атомного” 20 століття прийшло нове 21 століття нанотехнологій. Це – широкий комплекс фізичних, хімічних, інженерних і технологічних наук, котрі увібрали в себе атомно-молекулярну фізику, фізику низькорозмірних твердих тіл, фізико-хімію ультрадисперсних середовищ  та інші суміжні напрямки досліджень. Це стало наслідком об’єктивної тенденції подальшої мініатюризації приладів і енергоекономних технологій. На зміну мікроелектроніці приходить наноелектроніка, виникли такі нові галузі, як наноприладобудування, нанопорошкова металургія, нанобіотехнології, тощо. Об’єктом досліджень стали унікальні складові блоки – наноструктури:  нульвимірні частинки, одновимірні нитки, двовимірні шари, які внаслідок розмірного квантування стають квантовими точками, нитками і ямами відповідно. Зазначимо,що подібні об’єкти, а саме ультрадисперсні середовища – золі Au, були отримані ще у 19-му столітті. Властивості як низькорозмірних, так і низьковимірних систем часто кардинально відрізняються від макроскопічних, а тим більше звичайних масивних зразків, внаслідок виникнення різноманітних розмірних і резонансних ефектів, коли характерний розмір наночастинок стає однаковим чи співставним з типовою довжиною об’єкта певного фізичного явища – довжиною вільного пробігу електрона чи його довжиною хвилі де Бройля або довжиною хвилі зондового електромагнітного випромінювання. Нові ефекти слугують основою перспективних функціональних матеріалів, приладів і технологій, що результативно впливають на розвиток цивілізації.

     Виникнення і розвиток нових наукових напрямів в зазначеній галузі мають бути адекватно відображені появою нових навчальних дисциплін і відповідних їм навчальних посібників. Тому потрібні і нові видання щодо університетського курсу  „Фізика наноструктур” для магістерської підготовки. На кафедрі оптики фізичного факультету  КНУ імені Тараса Шевченка розроблено програму за цим курсом і видано відповідний навчальний  посібник [1], у якому  стисло і ясно викладено як основи фізики наноструктур – типи і їх класифікація, класичні і квантові розмірні ефекти, так і методи отримання фулеренів, нанотрубок, гетероструктур, фотониих кристалів, принципи дії приладів на їх основі. Особливу увагу була приділено оптичним властивостям наноструктур, а саме опису фундаментальних засад теорії діелектричної проникності та шляхів її безпосереднього експериментальгого визначення завдяки використанню нових оригінальних оптичних методів і розроблених на кафедрі оптики пристроїв для їхньої реалізації, зокрема еліпсометрів та рефлектометрів. Висвітлено також ряд питань з оптики фотонних кристалів і лівих метаматеріалів з від’ємним показником заломлення. Послідовно розглянуто логіку розвитку і принципи дії нових мікролазерів на основі квантових ям, ниток і точок. Лаконічно викладено основні поняття про маніпуляцію наноструктурами за допомогою зондових мікроскопів. Матеріал ретельно відібраний, починаючи з усталених класичних основ і закінчуючи останніми  науковими публікаціями, з розрахунку 36 годин за семестр. І хоча окремі напрямки (мікро-електро-механічні пристрої, нанобіотехнології, наноз'єднання, тощо) залишились поза змістом цього  посібника , викладений в ньому матеріал дає змогу студенту і аспіранту не тільки глибоко зрозуміти засади курсу за схемою „технологія-утворена структура-фізичні властивості-практичне використання” [2], і самостійно опрацьовувати нові наукові джерела за цією тематикою в чисельних профільних журналах, і тому стане дуже корисним як для них, так і для  спеціалістів в галузі нанотехнологій, нанофізики і нанооптики. Зазначене видання [1] поєднує в собі підручник з послідовним викладенням матеріалу і монографію з викладенням останніх наукових доробок авторів, зокрема і в джерелі [3]. Певні ж особливості змістовної частини спецкурсу можна чітко виокремити і детально з’ясувати за переліком розглянутих питань.

 

1. Предмет спецкурсу і його місце в матеріалознавстві

 

2. Концепція структурної інженерії в сучасному матеріалознавстві

 

3. Фундаментальна матеріалознавча тріада

 

4. Класифікація наноструктур

 

5. Особливості будови наноструктурних матеріалів

 

  5.1. Розвинута внутрішня поверхня

 

  5.2. Поверхнева енергія і натяг

 

  5.3. Границі зерен

 

6. Розмірні ефекти і концепція наноструктурної форми в матеріалознавстві

 

7. Класичні внутрішні (IС) розмірні ефекти

 

  7.1. Зменшення параметру кристалічної гратки

 

  7.2. Зменшення температури плавлення

 

  7.3. Зменшення теплопровідності

 

  7.4. Збільшення коефіцієнта дифузії

 

  7.5. Збільшення напруги пластичної деформації і твердості полікристалів

 

8. Класичні зовнішні (EC) розмірні ефекти  при взаємодії світла з речовиною

 

9. Квантові внутрішні розмірні ефекти (IQ)

 

  9.1. Трансформація спектру поглинання натрію при переході від атома до твердого тіла

 

  9.2. Блакитний зсув - збільшення ширини забороненої зони і частоти переходу в спектрі фотолюмінесценції

 

  9.3. Звуження енергетичних зон

 

  9.4. Фазові переходи в феромагнетиках і сегнетоелектриках

 

10. Фізичні основи зовнішніх квантових (EQ) розмірних ефектів

 

  10.1. Співвідношення Гейзенберга і квантування

 

  10.2. Енергетичні стани і хвильові функції у квантовій ямі

 

    10.2.1. Прямокутна нескінченна потенціальна яма

 

    10.2.2. Прямокутний обмежений потенціал

 

    10.2.3. Параболічний потенціал

 

    10.2.4. Поява енергетичних зон в періодичному потенціалі в моделі Кроніга-Пені

 

  10.3. Квантова яма в гетероструктурі GaAs/AlGaAs

 

  10.4. Загальна структура рівнів квантово-розмірних систем

 

  10.5. Густина електронних станів у низькорозмірних 3D, 2D, 1D і 0D системах

 

    10.5.1. Загальний випадок тривимірної системи

 

    10.5.2. Випадок двовимірної системи (квантова яма)

 

    10.5.3. Випадок одновимірної системи (квантова нитка)

 

    10.5.4. Випадок нуль-вимірної системи (квантова точка)

 

11. Двовимірний електронний газ в метал-оксид-напівпровідникових структурах

 

 

12. Розмірні ефекти у напівметалевому вісмуті

 

13. Методи синтезу наноструктурних частинок і вирощування гетероструктур

 

  13.1. Методи диспергування

 

    13.1.1. Механічне подрібнення

 

    13.1.2. Топохімічні реакції

 

    13.1.3. Високоенергетичні методи газофазного осадження

 

    13.2. Методи складання та збирання

 

    13.2.1. Метод газофазного осадження Chemical Vapour Deposition - CVD

 

    13.2.2. Метод молекулярно-пучкової епітаксії

 

    13.2.3. Метод метал-органічного газофазного осадження

 

    13.2.4. Золь-гель метод

 

    13.2.5. Шаблонний (темплатний) синтез

 

    13.2.6. Самоскладання

 

    13.2.7. Індивідуальне штучне складання за допомогою зондового мікроскопу

 

14. Фулерени

 

  14.1. Історія відкриття фулерена і Нобелівська премія

 

  14.2. Алотропні форми вуглецю

 

  14.3. Фулерени – замкнуті вуглецеві кластери з 5 – і 6 – ланцюгових кілець

 

  14.4. Фулерити – кристали з молекул фулеренів

 

  14.5. Фулериди – леговані фулерени

 

  14.6. Методи синтезу фулеренів

 

  14.7 Спектральні властивості С60

 

  14.8. Застосування фулеренів

 

15. Вуглецеві нанотрубки

 

  15.1. Геометрична структура

 

  15.2. Симетрія вуглецевих нанотрубок

 

  15.3. Елементарні гратки і зони Брілюена

 

  15.4. Зонна структура

 

    15.4.1. Графіт

 

    15.4.2. Зонна структура вуглецевої нанотрубки

 

    15.4.3. Густина станів вуглецевих нанотрубок

 

  15.5. Фононний спектр

 

  15.6. Теплофізичні  властивості

 

  15.7. Теплопровідність

 

  15.8. Електропровідність

 

  15.9. Електронна інтерференція (ефект Ааронова – Бома)

 

  15.10. Надпровідність у нанотрубках

 

  15.11. Механічні властивості

 

  15.12. Вібрації C-НT

 

  15.13. Нанотори з нанотрубок

 

16. Невуглецеві наноструктури і нанотрубки

 

  16.1. Фулборени і фулбореніти (BN аналоги фулеренів і фулеритів)

 

  16.2. Нітридборні нанотрубки

 

  16.3. Дихалькогенідні нанотрубки

 

  16.4. Оксидні нанотрубки

 

  16.5. Інші типи невуглецевих нанотрубок

 

17. Застосування нанотрубок

 

  17.1. Польовий транзистор на основі вуглецевих нанотрубок

 

  17.2. Логічні схеми

 

    17.2.1. Інвертор напруги

 

    17.2.2. Чіпи з логічними елементами

 

  17.3. Індикатори і плоскі екрани

 

  17.4. Термометр

 

18. Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною

 

  18.1. Проблема побудови теорії прозорості матеріалів

 

  18.2. Оптичні характеристики середовища і зв'язок між ними

 

  18.3. Мікроскопічна електронна теорія діелектричного відгуку

 

    18.3.1. Класична теорія Лоренца

 

    18.3.2. Класична теорія молекулярних діелектриків

 

    18.3.3. Квантова теорія діелектричної проникності за Ліндхардом

 

  18.4. Діелектрична проникність нанотрубок

 

  18.5. Діелектричний відгук зв'язки нанотрубок

 

19. Оптичні методи досліджень у матеріалознавстві високих технологій

 

 

  19.1. Еліпсометрія і рефлектометрія зі скануванням кута падіння світла та нові розробки для їх реалізації

 

  19.2. Методи кутової поляризаційної рефлектометрії наноструктурованих середовищ

 

  19.3. Спектроеліпсометричні вимірювання частотної дисперсії діелектричної проникності наноструктурованих середовищ

 

  19.4. Способи і пристрої для реалізації
 спектроеліпсометричного методу

 

  19.5. Поверхневий плазмовий резонанс

 

    19.5.1. Пристрій для спостереження поверхневого плазмового резонансу

 

    19.5.2. Поверхневий плазмовий резонанс в тонких плівках золота

 

   20. Типи напівпровідникових мікролазерів на наноструктурах

 

  20.1 Принцип дії напівпровідникового лазера

 

  20.2. Лазер на подвійному гетеропереході

 

  20.3. Каскадний багатошаровий лазер

 

  20.4. Мікродисковий лазер

 

  20.5. Волоконний лазер

 

  20.6. Цеоліто-барвниковий лазер

 

  20.7. Лазер з розподіленим зворотнім зв'язком

 

  20.8. Поверхнево-емітерний лазер з вертикальним резонатором

 

  20.9. Поверхнево-емітерний лазер на 2D фотонному кристалі з багатонаправленим розподіленим зворотнім зв'язком

 

  20.10. Лазер на дефектних модах фотонного кристалу

 

  20.11. Лазер на квантових точках

 

  20.12. Лазерний світлодіод на нанотрубці

 

21. Фотонні кристали

 

  21.1. Фізичні ідеї керування світлом за допомогою брегівської дифракції

 

  21.2. Методи виготовлення фотонних кристалів та мембран

 

  21.3. Явище захвату фотона дефектом в фотонному кристалі

 

  21.4. Фотонна структура

 

  21.5. Застосування

 

    21.5.1. Хвилеводи

 

    21.5.2. Порожнинні концентратори світла

 

    21.5.3. Фільтри

 

    21.5.4. Волокна

 

    21.5.5. Дзеркала

 

    21.5.6. Призми, лінзи та інтерферометри

 

22. Електродинаміка "лівих" речовин з  і  (метаматеріалів)

 

  22.1. Загальні положення і визначення

 

  22.2. Теорія "лівих" речовин Веселаго

 

  22.3. Обернений ефект Доплера

 

  22.4. Обернений ефект Вавілова-Черенкова

 

  22.5. Обернений закон Снеліуса – від'ємний показник заломлення

 

  22.6. Оптичні елементи з "лівих" речовин

 

  22.7. Світловий тиск від "лівих" речовин

 

  22.8. Явище "суперпризми"

 

  22.8. Інші можливості "лівих" середовищ

 

  22.9. Загальна ()-діаграма

 

  22.10. Невуглецеві нанотрубчаті кристали – ідеальні "ліві" метаматеріали

 

23. МЕМС, зондові мікроскопи і маніпулятори

 

  23.1. Мікроелектромеханічні системи

 

  23.2. Скануючі зондові мікроскопи

 

23.2.1. Скануючий тунельний мікроскоп

 

  23.2.2. Скануючий атомно-силовий мікроскоп

 

  23.2.3. Зондовий мікроскоп Кельвіна

 

  23.3. Методи маніпуляції атомними структурами

 

  23.4. На шляху в еру нанотехнологій

 

     

    Нанотехнології можна визначити як комплекс фундаментальних і інженерних наук, що інтегрують досягнення хімії, фізики і біології у вивченні наноструктур з надбанням матеріалознавства, електроніки і інженерії технологічних процесів, що спрямовані на всебічне дослідження атомно-молекулярних наноструктур і наноматеріалів, фізико-хімічних процесів, їх самоорганізації або штучної організації за допомогою зондових маніпуляторів, які призначені для виробництва нановиробів, наноприладів, мікро- і наномашин, надмалих інтегральних схем, мікро-оптоелектронно-механічних систем, нанобіороботів тощо.

Нанотрубки були відкриті у 80-х роках минулого століття завдяки винаходу скануючого тунельного, атомно-силового та інших зондових мікроскопів. Вони дали можливість реалізувати головну концепцію нанотехнологій, сформульовану Р.Фейнманом, а саме, збирати вироби і прилади з окремих атомів і молекул.

Так, наприклад, велика перевага швидкості обробки інформації процесором Pentium-4 у порівнянні із процесором IBM-80386 була досягнута за рахунок мініатюризації інтегральних схем і створення мікрочіпів розміром до ~200 нм, що вміщують до ~109 елементів/кв.см. І це ще не межа – розмір окремих елементів може бути зменшений ще на порядок. Ця тенденція до мініатюризації стала реальною рушійною силою нанотехнологій.

Природно виникає питання - де межі наносвіту? Формально наносвіт обмежений субмікронним розміром частинок, тобто d < 100нм. Фізично ж він визначається розмірними ефектами - при зменшенні розмірів фізико-хімічні властивості частинок і матеріалів із них суттєво, а іноді і  кардинально, змінюються. Вище вже йшла мова про те, що розглядають два види розмірних ефектів - внутрішні і зовнішні, а також класичні і квантові. Внутрішні (чи власні розмірні) ефекти  проявляються у зміні властивостей самих частинок (параметрів гратки, температури плавлення, твердості, зміни ширини забороненої зони, люмінесценції, коефіцієнтів дифузії, хімічної активності, абсорбції, реакційної здатності тощо) під переважною дією  поверхневих сил. Зовнішні розмірні ефекти виникають незворотньо при взаємодії зовнішніх фізичних полів з частинками, зернами, доменами критичного розміру, при якому частинка за розміром стає співставною з «довжиною» фізичного явища (довжиною вільного пробігу електронів чи фононів, довжиною когерентності, довжиною екранування, довжиною хвилі випромінювання тощо). Класичні розмірні ефекти проявляються в зміні параметра гратки, температури плавлення, твердості, пластичності, теплопровідності, дифузії, нелінійності провідності тощо. Квантові розмірні ефекти проявляються в блакитному зсуві спектру люмінесценції, виникненні характерних низькорозмірних квантових станів, квантуванні електропровідності в магнітному полі, генерації гіперзвуку, осциляціях критичної температури надпровідності, магнітоопору та інших фізичних характеристик. Тому саме при дослідженні розмірних ефектів в нових наноструктурах при накладанні  зовнішніх полів можна сподіватися на відкриття нових ефектів і явищ з метою створення на їх основі нових наноматеріалів і нановиробів.

Нанотехнологія - міждисциплінарна наука,  яка включає в себе :

1. Нанохімію (наноколлоїдну, золь-гель і квантову хімію), спрямовану на самозбирання і синтез нанореакторів, ультрадисперсних наночастинок і вивчення їх внутрішніх розмірних ефектів.

2. Нанофізику (квантову фізику, фотоніку, спінтроніку, плазмоніку), спрямовану на вирощування, штучне збирання і виготовлення квантових наногетероструктур, наноархітектур, "розумних" (smart) нанокомпонент та вивчення їх зовнішніх розмірних ефектів.

3. Наноматеріалознавство (нанофізикохімія, нанопорошкова технологія, наноспікання, нанотрибологія, нанозварювання тощо), спрямоване на комплексне дослідження взаємозв'язку електронної і атомної міжчастинкової структури, хімічного складу, властивостей, процесів їх формування для виготовлення нанокерамік, нанокомпозитів, функціональних наноматеріалів і нановиробів, які експлуатують в умовах механічних, теплових, хімічних і радіаційних навантажень.

4. Наноелектроніку (оптоелектроніка, наномашинобудування), спрямовану на розробку нових оптоелектронних наноприладів, наносистем (MEMS, MOEMS), інтегральних схем, (ULСI), наномоторів і нанороботів.

5. Нанобіоніку, спрямовану на розробку біомашинних комплексів (нанобіочіпів, нанобіороботів тощо.

6. Наноприладобудування  (нанометрологія,  ручне мистецтво "шульги"), спрямоване на розробку і виготовлення наноприладів, інструментів і інформаційно-обчислювальних систем для забезпечення самих нанотехнологій.

Поєднання цих наук в нанотехнології відображає зміну парадигми в технологіях - нановиріб, наноприлад чи наносистема буде виготовлятися шляхом штучного збирання чи самозбирання із атомів, молекул і кластерів зразу, цілісно і в одному технологічному процесі, інтегруючись потім в мікроприлад, а не збиратися згодом з окремих частин. На зміну традиційним технологічним процесам термомеханічної обробки (прокатки, різання, зварювання, паяння) та технологічним процесам мікрелектроніки (хімічне і фізичне осадження з газової фази, літографія, штампування) прийдуть нові технологічні атомістичні процеси (вирощування, мембранно-шаблонний синтез, золь-гель технологія, самозбирання, нанолітографія, атомна маніпуляція).

Слід підкреслити, що нанотехнології не налаштовані замінити існуючі мікротехнології, а доповнити їх для поглибленого вивчення і оволодіння наносвітом.

Людина живе в макросвіті і вступає в контрольований і керований контакт з наносвітом в основному за допомогою вістря зондового мікроскопу, так що контакт "вістря-поверхня" є по суті контактом "макросвіт - наносвіт". Тому ключовою проблемою сучасних нанотехнологій є вивчення наноконтактних явищ (адгезії, схватування, наноіндентування, зносу, руйнування) в залежності від типу міжатомних міжмолекулярних зв'язків, типу і конфігурації контакту, розмірів вістря і наноструктур, величини навантаження, ширини щілини, атмосфери і вологості, температури, величини електричного і магнітного поля, частоти і інтенсивності електромагнітних полів тощо. Ці дослідження мають вилитися у розробку керованих нанотехнологій, способів маніпуляції, характеризації, контролю, позиціювання і збирання наноструктур, зокрема, захвату, переміщення, розриву, адгезії молекулярних будівельних одиниць в заданому місці.

Об'єктами нанотехнологій є окремі атоми, молекули, кластери, фулерени, супрамолекулярні структури, нанотрубки, нановолокна, нанострижні і їх впорядковані колонії, такі як фотонні кристали.

Фулерени і атомні кластери є гранично малими нуль-вимірними (0D) наноструктурами, квантовими точками, що мають властивості, притаманні наноматеріалу, а не окремому атому. При цьому під фулеренами слід розуміти не тільки бакибол С60, а величезну множину інших вуглецевих Cn і невуглецевих кластерів Хn і меткарбів Ме-Cn. Вже зараз на основі фулеренів створені транзистори, тунельні діоди, молекулярні перемикачі, нанопідсилювачі, а на основі фулеритів -  оптичні фільтри, сенсори, сонячні елементи, магніто-оптичні рекордери, фотоелектронні та інші наноприлади. 

Нанотрубки, нановіскери і нанодроти мають більш багаті потенційні можливості. На відміну від 0D фулеренів це -1D об'єкти, квантові нитки, які є  наноскопічні за діаметром і макроскопічні за довжиною. Їх унікальність полягає в тому, що в них можуть розповсюджуватися кільцеві і циліндричні коливання, як акустичні, так і електромагнітні моди. Окрема нанотрубка - ідеальна лабораторія для дослідження квантових явищ. Все зазначене відноситься не тільки до вуглецевих, а і до невуглецевих фулеренів і нанотрубок (нітрид-борних, оксидних, халькогенідних, галогенідних та деяких інших III-V і II-VI сполук), які мають ще більше розмаїття властивостей.

Двовимірні (2D) гетерошари і нанодиски, квантові стінки і ями, перекочують з мікро- в наноелектроніку. Перспективними виглядають квазі-2D скопища паралельних нанотрубок і нанодротів, впорядкованих у вигляді леси або кристалів. Їх властивості визначаються новими принципами розповсюдження електромагнітних хвиль, заснованими на законі бреггівської дифракції, а не повного внутрішнього відбиття. Це квантові і в той же час макроскопічні 2D кристали. Резонансні стани в них фактично є новим унікальним структурним станом речовини, дослідження яких стає зараз новим напрямком в нанофізиці. На цій основі вже створено хвилеводи, лазерні діоди, інфрачервоні датчики, тощо.

Передбачення таких ефектів і проектування штучних матеріалів, виготовлення складних каркасних структур на макро-мікро-мезо-нано-рівнях, пошук в них нових ефектів і явищ та створення нових наноприладів є найперспективнішим напрямком розвитку нанотехнологій найближчого майбутнього. Прикладом можуть бути незвичайні "ліві" метаматеріали, в яких відкрито обернений закон заломлення та передбачено обернені ефекти Доплера і Черенкова. В наноматеріалознавстві на перший план виступає не домішкова чи структурна інженерія, а інженерія форми і розмірності наноархітектур. Матеріал вже не є сирцем чи масивною заготовкою, а зразу формується як нановиріб. Перевага наноматеріалів виявляється не на макрорівні, а саме при розробці мікро-нано-приладів, наприклад мікроелектромеханічних систем.

Новими характерними рисами нанотехнологій, що відрізняють їх від вже існуючих на засадах атомно-молекулярної фізики, хімії і мікроелектроніки, є :

1) штучна маніпуляція нанооб'єктами і ручне або автоматичне збирання наперед спроектованих наноприладів і пристроїв, використовуючи підхід знизу (bottom-up approach);

2) свідоме втручання в механізми нанопроцесів з метою їх всебічного контролю і керування;

3) винахідництво, конструювання і розробка нових наноприладів з наступною їх інтеграцією в мікро-, мезо- і макросистеми.

Особливістю наносвіту є стирання грані між живою і неживою матерією. Така ознака життя як обмін речовин з'являється не на молекулярному, а на супрамолекулярному рівні. Білки, мембрани і нуклеїнові кислоти являють собою гігантські природні самоорганізовані наноструктури. Це вказує на унікальну можливість створення неорганічних наноматеріалов і нановиробів шляхом мімікрії, самозбирання за аналогією з живою природою. Добрим прикладом тут є штучне вирощування перлин всередині мідій, або самоорганізація нерівноважних дефектів на поверхні напівпровідників під дією йонного розпилення, бомбардування чи імплантації.

Вступаючи в наносвіт, слід зробити застереження від надмірних ілюзій, спекуляцій  і чітко окреслити наступні труднощі і проблеми:

1. Зменшення розмірів частинок має обмеження і не завжди призводить до покращення властивостей. Розмір частинок накладає обмеження знизу на властивості нанокомпозитів. Наприклад, існує оптимальний розмір дисперсних включень в оксидних кераміках ~ 10-20 мкм, при яких досягається оптимальне поєднання твердості і довговічності.

2. Поверхневі ефекти здатні викликати реконструкцію, фазове перетворення і розпад наночастинок. Подальше зменшення розміру частинок призводить до термічної нестабільності, рекристалізації і недовговічності наносистем. Прикладом слугують все ті ж корали або записи окремими атомами на поверхні монокристалу абревіатури IBM і слова NANO завдяки атомно-силовому мікроскопу, які є недовговічні, оскільки атоми інертних газів і металеві нанокластери швидко дифундують і розтікаються по поверхні. Стабільними і довговічними можуть бути лише ковалентно-зв'язані напівпровідникові сполуки і кераміки.

3. Космічне опромінення і радіаційний фон здатні призвести до  радіаційних ушкоджень, вибиванню атомів, деградації наноструктур і погіршенню якості нановиробів.

4. Тепловий шум і вібрації завжди будуть істотно обмежувати властивості і характеристики нановиробів.

5. Домішки, що не підлягають вилученню, навіть в самих малих концентраціях здатні порушити атомні процеси, тому для нанотехнологій необхідні надчисті реагенти і приміщення).

Всі принципові відкриття у вакуумі, мабуть, вже зроблені (можливо, за винятком подальшого з’ясування природи власне самого вакууму). Але нові відкриття, технічні рішення і винаходи будуть можливі в спеціально сконструйованих, штучно створених наноструктурах, що стануть основою нанотехнологій майбутнього.

Фактично нанотехнології знаходяться зараз ще на самому початку свого розвитку. Мотивацією їх подальшого інтенсивного розвитку стали грандіозні і фантастичні проекти по створенню людино-чіпних систем, нанобіороботів, реалізація яких здатна вплинути на розвиток всієї цивілізації. З цією метою в США, країнах ЄС, Японії та  Росії вже прийнято національні програми, під які виділено мільярдні фонди. Перспективи нанотехнологій на початку 21 століття видаються оптимістичними, але суворі реалії, вочевидь, будуть сильно відрізнятися від цих щирих сподівань по виконанню проектів. Проте, як би не було, розвиток нанотехнологій історично неминучий і приречений на успіх.

 

Література

 

1.     В.В. Покропивний, Л.В. Поперенко // Фізика наноструктур, К., 2008, 220с.

2.     S.R. Elliott // The Physics and Chemistry of Solids, John Willey & Sons Ltd., Chichester 1998, 770p.

 

3.     V.G. Kravets, L.V. Poperenko, B.M. Mironyuk //Magneto-optical recording on the multilayers systems with plasmon excitation Optics Communications, In Press, Available online 25 December 2008, http://www.sciencedirect.com/