Открыт эффект, который позволит изготавливать наномашины
О нанотрубках в последние годы говорят и пишут так много, что вряд ли они нуждаются в детальном представлении. Напомним только, что так называют экзотические многоатомные структуры, фактически гигантские молекулы, которые в 1991 году были впервые синтезированы из графита японским химиком Сумио Иижима. Каждая нанотрубка представляет из себя цилиндр с сетчатыми стенками в один или несколько слоев, образованными атомами углерода. Диаметр углеродных нанотрубок варьируется от одного-двух до нескольких десятков нанометров, а длина обычно не превышает десяти микрометров (впрочем, уже существуют технологии, позволяющие изготовлять однослойные нанотрубки протяженностью в несколько миллиметров). Желающим полюбоваться на модели монослойных и многослойных нанотрубок достаточно взглянуть на прилагаемую картинку.
А теперь перейдем к новаторскому эксперименту сотрудников Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории имени Лоуренса, отчет о котором в четверг появился в журнале Nature. Алекс Зеттл и его коллеги изготовили тонкий пучок двадцатинанометровых углеродных трубок, скрепленных друг с другом с одного конца. На этот нанотрубочный букетик был направлен поток газообразного индия (для справки: этот мягкий и легкоплавкий металл серебристо-белого цвета применяют для изготовления различных припоев, подшипников, антикоррозионных покрытий и сплавов, идущих на зубные протезы). При контакте с поверхностью нанотрубок атомы индия конденсировались в крошечные капельки поперечником от одного до десяти нанометров. Затем исследователи поместили весь пучок под электронный микроскоп и с помощью прецизионного манипулятора подвели к свободному концу одной нанотрубки (будем для определенности называть его левым) сверхтонкую иглу из титана. На эту иглу и на связанные правые концы нанотрубок был подан постоянный электрический потенциал - на титановый электрод плюс, направо - минус. В результате по нанотрубке пошел ток - ведь графит великолепно проводит электричество. И вот тут-то несколько бусинок индия, сидящие на этой нанотрубке, стали вести себя совершенно необычным образом.
Всё началось с самой левой капли, расположенной ближе всего к титановому острию. Микровидеосъемка показала, что эта капля стала уменьшаться в размере и быстро исчезла, в то время как ее ближайшая соседка справа несколько разбухла. Еще через несколько секунд такая же судьба постигла и эту каплю - и так до конца цепочки. В конце концов выжила самая правая бусинка, которая вобрала в себя все без исключения атомы индия, ранее принадлежавшие остальным каплям. Разные этапы этого процесса хорошо видны на прилагаемых микрофотографиях.
Физическая суть новооткрытого явления (а это именно открытие, ничего подобного ранее не наблюдалось) пока что не вполне ясна и самим экспериментаторам. Атомы индия сами по себе электрически нейтральны, так что непонятно, почему они вдруг возжелали мигрировать от положительного полюса к отрицательному. Доктор Зеттл предполагает, что эти атомы отдают электроны опорной нанотрубке и в результате приобретают положительный заряд и притягиваются к отрицательному полюсу электрической цепи. Впрочем, пока это только гипотеза.
Куда важнее другое. Калифорнийские ученые уже доказали, что их наноконвейер обладает стопроцентной надежностью, иначе говоря, не теряет в процессе транспортировки ни единого атома индия. И он работает в обоих направлениях - достаточно поменять полярность электрической цепи, чтобы эти атомы начали мигрировать справа налево. Подобным же образом углеродные нанотрубки можно использовать и для "безотходного" переноса атомов золота, платины и олова - не исключено, что и других металлов. Вероятно, подобные устройства найдут широкое применение в технологиях изготовления наномашин, которые сейчас усиленно разрабатываются во многих странах.
Источник:
B.C.Regan, S.Aloni, R.O.Ritchie, U.Dahmen & A.Zettl
Carbon nanotubes as nanoscale mass conveyors
Nature 428, 924 - 927 (29 April 2004)
Обсудить
Статьи по теме
Открыт эффект, который позволит изготавливать наномашины
Американские ученые превратили одиночные углеродные нанотрубки в идеально действующий конвейер, способный переносить отдельные атомы. Вероятно, подобные устройства найдут широкое применение в технологиях изготовления наномашин, которые сейчас усиленно разрабатываются во многих странах.
Безделушки из наночастиц предвещают технологический переворот
Физики из Китая, Японии и США научились создавать внутри стеклянных пластинок объемные структуры, составленные из золотых наночастиц.
Американские физики научились создавать электронные приборы из отдельных молекул
Американские физики провели серию экспериментов, которые впервые позволили наносить по одному атому на единственную многоатомную молекулу. Дальнейшие исследования в этой области обещают значительно расширить возможности электронных технологий близкого будущего. Стандартными строительными блоками следующих поколений электронных приборов, по всей вероятности, станут отдельные крупные молекулы, а их придется легировать с помощью абсолютно новых технологий.
Механическая "рука" вплотную приблизилась к квантовому пределу
Узнать, на самом ли деле действие принципа неопределенности распространяется на макроскопические объекты, было основной целью американских экспериментаторов. Они изучали движения вибрирующего механического манипулятора, изготовленного из нитрида кремния. Размер изучаемого объекта в эксперименте не превышал 8 мкм - то есть "рука" была совсем крошечной по обыденным масштабам, однако все еще оставалась макроскопическим объектом. Мы находимся в начале новой экспериментальной эры, когда взаимодействие между двумя полностью квантовыми системами может быть изучено экспериментально, что вполне может быть названо квантовой электромеханикой.
Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному
Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.
Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн
Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
В космос отправятся пряничные корабли
Кремниевый микроробот величиной в половину диаметра человеческого волоса, снабженный "ножками" из живой сердечной мышцы, начал ползать по лаборатории Лос-Анджелеса. Это первый случай, когда удалось использовать мускульные усилия для движения микромеханического устройства. Теперь предполагается спроектировать работающий на мускульной энергии микромеханизм, который сможет искать и латать пробоины от микрометеоритов на космических кораблях.
Когда сказка станет пылью... (Нанотехнологии: революция начинается)
В самые ближайшие годы произойдет технологическая революция, в результате которой мы обзаведемся портативными мощными хранилищами памяти, всевидящими глазами и всеслышащими ушами, невидимыми помощниками, готовыми исполнить любую прихоть, и к тому же станем практически бессмертными.
Наномандала принесет в мир нанотехнологий буддистское счастье
Организованное взаимодействие отдельных атомов в нанотехнологии имеет некоторое сходство с картинами, возникающими под руками трудолюбивых буддистских монахов, создающих из цветного песка в ходе специальных таинств так называемые песочные мандалы. Цели и методы создания такой мандалы в восточных и западных культурах, конечно, довольно сильно различаются.
Новости по теме
