Home | About | Contact

Вступ до механосинтезу алмазів

Original page: http://www.molecularassembler.com/Nanofactory/DMS.htm

Robert A. Freitas Jr. (Роберт А. Фрейтас молодший) і Ralph C. Merkle (Ральф С. Меркле)

 

Що таке механосинтез алмазів?

Механосинтез алмазів (DMS), або молекулярне позиційне виготовлення, є формуванням ковалентних хімічних зв'язків із використанням точно застосовуваних механічних сил для побудови алмазних структур. Механосинтез алмазів може бути автоматизованим процесом, здійснюваним під контролем комп’ютерної програми, що дозволяє програмувати молекулярне позиційне виготовлення.

Точне на атомному рівні виготовлення передбачає зберігання вихідних атомів або молекул і зростаючу нанорозмірну обробну частину у відповідних відносних положеннях і орієнтаціях, щоб у разі дотику вони утворювали потрібне об’єднання.

Під час цього процесу поверхня відповідного об’єкта обробляється засобом механосинтезу. Цей засіб додає до оброблюваного об’єкта або видаляє з нього один або кілька переносних атомів. Потім інструмент усувається та перезаряджається. Цей процес повторюється доти, доки об’єкт (наприклад зростаюча наночастинка) повністю не сформується з молекулярною точністю, коли кожен атом точно займатиме своє місце. Зауважте: переносні атоми постійно підлягають позиційному регулюванню*, що запобігає небажаним побічним реакціям.

Про першу експериментальну демонстрацію справжнього механосинтезу, у ході якого ковалентні зв'язки встановлювались із застосуванням суто механічних сил до атомів кремнію, а не атомів вуглецю, у 2003 році повідомили Оябу та його колеги. Перший патент на механосинтез алмазів (DMS) у США отримав 30 березня 2010 року Роберт A. Фрейтас молодший.

* Якщо висловлюватися точніше, позиційний контроль, а також відповідні сили безпосередньо застосовуються саме до структури основи, а не до доданих переносних атомів. Проте побічним ефектом позиційного стримування основи є те, що фрагмент молекули на кінчику також, певною мірою, позиційно обмежується, набагато більше ніж, скажімо, у відповідній частинці вільного газу або в рідкій фазі.

 

 

 

На відміну від макромасштабних роботів, наномасштабні маніпулятори та нанорозмірні продукти на проміжних етапах виготовлення або збирання будуть покриватися термічними шумами. Атоми та молекули постійно коливаються та розхитуються. Що вища температура, то більша інтенсивність руху. Один із методів позиціонування окремих атомів полягає в застосуванні скануючого зондового мікроскопа (SPM), що передбачає дотик гострого кінчика до поверхні зразка та надсилання сигналу, який дозволяє створити карту досліджуваної поверхні. Можна провести грубу паралель із тим, як сліпа людина вистукує палицею шлях попереду себе. Деякі скануючі зондові мікроскопи буквально натискають на поверхню атома та записують показники сили протидії поверхні або під’єднують зонд і поверхню до джерела напруги та вимірюють потік струму в мить наближення зонда до поверхні зразка. Можна вимірювати безліч інших взаємодій між поверхнями й зондами та використовувати їх для створення різних типів скануючих зондових мікроскопів.

Окрім створення карти поверхні, за допомогою скануючого зондового мікроскопа можна також змінити поверхню: наприклад, розмістивши атоми та молекули потрібним. В 1989 році стався відомий випадок, коли вчені на нікелевій поверхні розмістили 35 атомів ксенону так, щоб вони утворили букви, які ідентифікували їхнього роботодавця як «IBM». Однак ця маніпуляція із застосуванням скануючого зондового мікроскопа вимагала охолодження до 4 градусів вище абсолютного нуля – навряд чи ідеальні умови для великомасштабного виробництва. Подібні мікроскопи також мають достатньо високі показники помилковості та вимагають відносно складних методів виявлення та виправлення помилок. Хоча ці системи можуть перемістити кілька атомів або молекул, вони не підходять для виробництва великої кількості точно структурованих алмазів, придатних для конструювання молекулярного механічного маніпулятора.

 

 

 

Read more