Уважаемые читатели!

Как показывает время, фундаментальные исследования приносят свои плоды. Так становится видно, как возвращаются деньги крупных корпораций, в свое время вложенные в нанотехнологии. Если несколько лет назад о 32-нм техпроцессе можно было услышать только из стен лабораторий, то уже сегодня IBM планирует строить 32-нм фабрику. Надеемся, что точно так же будет обстоять дело с новым открытием специалистов IBM – намагниченными доменами в нанопроволоках. Об этом мы детально расскажем в выпуске.

Россия пока не отстает по амбициям – по крайней мере, «наноконвейер» проектов будет запущен в самое ближайшее время. Об этом говорит и руководитель ГК «Роснанотех», и первый вице-премьер страны. Но до реальных сроков появления наноиндустрии, поддерживаемой государством, пока дело не дошло. Будем надеяться, что весной появятся какие-либо изменения.

Итак, обо всех событиях недели с 14 по 20 апреля 2008 года подробнее!

Материаловедение

Нанотрубка со сложной геометрией

Углеродные нанотрубки обладают уникальными механическими, электронными, оптическими и термическими свойствами, что позволяет использовать их в различных областях нанотехнологий. Сложность получения упорядоченных структур с контролируемой геометрией является основным препятствием для функционального применения материалов на их основе. В настоящее время удалось получить УНТ, упорядоченные в форме колец и петель. Однако во всех случаях морфология структур определялась исключительно ориентацией подложки и не зависела от внешних сил, таких как электрическое поле и скорость газового потока.

Израильскими учеными предложен способ решения этой проблемы . Было замечено, что при росте одностенных углеродных нанотрубок на ориентированной кварцевой подложке происходит образование упорядоченных структур в форме серпантинов. Отправной точкой процесса является аморфный SiO₂, предварительно нанесенный на подложку. На начальной стадии рост происходит в направлении газового потока. Далее следует разориентированный участок серпантина, который постепенно становится более упорядоченным и регулярным. Ширина, плотность и периодичность структуры варьируется в широких пределах (ширина W = 10 – 300 мкм, длина L = 100 – 1000 мкм). Диаметр U-образной петли между прямыми сегментами составляет 0,5 – 8 мкм. Существенное влияние на морфологию структур оказывает скорость и направление газового потока.

С практической точки зрения, полученная геометрия применяется во многих современных системах, таких как антенны, радиаторы, коллекторы, нагревательные и охладительные элементы, а также в освещении и ирригации. Авторы полагают, что антенны на основе полученных массивов УНТ смогут принимать и передавать электромагнитное излучение в диапазоне порядка 1000 ГГц. Также возможно применение синтезированных структур для создания охлаждающих контуров и чувствительных детекторов в инфракрасной области. Кроме того петли из УНТ могут служить основой для мономолекулярных блоков питания.

Графен – одноатомный слой графита, своими уникальными характристиками весьма интригует разработчиков электронных приборов: рекордная подвижность носителей при комнатной температуре делает его безальтернативным материалом для канала КМОП транзисторов; прозрачность во всем видимом диапазоне спектра при высокой проводимости многообещающа для верхнего электрода солнечных ячеек и фотодетекторов.

Но… пока изготовлены только отдельные, хотя и не обманывающие надежд, единичные прототипы приборов. И все потому, что пока не ясно, как изготавливать эти почти невидимые слои достаточно протяженных размеров. Наиболее распространен метод «отслаивания» моноатомного слоя от графитовой ленты и последующего перенесения отслоившихся отдельных «чешуек» на подложку.

И вот недавно исследователи из Рутгерского университета (США) под руководством проф. Мэниша Чховеллы разработали относительно простой и дешевый способ изготовления прозрачных пленок шириной до нескольких см при толщине от 1 до 5 слоев графена. Авторы уверяют, что могут осадить графен практически на любую подложку, включая гибкую полимерную, и в перспективе неограниченного размера – «метры и метры», в режиме непрерывного осаждения – ленточный метод.

Исследователи использовали синтезированные прозрачные графеновые пленки в качестве верхнего электрода органических солнечных ячеек. Они также сделали транзистор, переместив пленку на кремниевую подложку и осадив на нее золотые электроды. В полученной пленке соседние графеновые ячейки накладываются друг на друга. Поэтому первые результаты испытания новой технологии в приборах не показали высоких результатов. Конечно, на данном этапе отработана только концепция новой технологии, а ее оптимизация станет следующим этапом работы.

Нано-поезд

Европейские ученые сконструировали «монорельсовую дорогу» из одной нанотрубки, перевозящей кусочек металла на расстояние около 800 нанометров . В качестве основы устройства ученые взяли многослойную углеродную нанотрубку, которую электрическим травлением «уменьшили» до двух слоев.

Интересно то, как ученые организовали перевозку кусочка металла. В качестве подшипника скольжения выступает нанотрубка размером 5 нанометров, надетая на такой же нанотрубочный «монорельс». Монорельс, в свою очередь, расположен между двумя кусочками кремниевого чипа, на которых расположены электроды. Приводится в движение вся система, как полагают ученые, вибрациями фононов нанотрубки-подшипника.

Как только на электроды подается напряжение, нанотрубка нагревается, но неравномерно, из-за присутствия подшипника с грузом. Благодаря вибрации фононов груз перемещается к краю нанотрубки со скоростью около 1 микрон/с. В настоящее время команда ученых будет искать способы улучшить монорельс, для чего сначала нужно построить математическую модель «вагона».

Нанобиотехнологии

Квантовые наноштыри

Для окрашивания микроскопических препаратов клеток и тканей часто применяются такие флуоресцентные красители, как производные флуоресцеина, родамин, цианины, или же замысловатые комбинации зеленого, желтого и красного флуоресцирующих белков. Однако многие красители фотонестабильны, тусклы или токсичны для живых систем.

Всем известные квантовые точки могут успешно выступать в роли флуоресцентных красителей . Группа исследователей из Нью-Йорка утверждает, что квантовые стержни могут подойти для этих целей еще лучше: у них большее по сравнению с квантовыми точками сечение поглощения; спектр поглощения и испускания зависит от соотношения длины к диаметру стержня.

Ученые получили квантовые стержни CdSe/CdS/ZnS с двумя разными цветами испускания – оранжевым (610 нм; длина квантовых стержней 14 нм, диаметр 4 нм) и красным (657 нм; длина квантовых стержней 24 нм, диаметр 6,5 нм).

Авторы работы решили показать, что эти квантовые стержни можно использовать для идентификации типов раковых клеток, например, клеток рака поджелудочной железы человека. Оранжевые квантовые стержни были конъюгированы в одном случае с анти-IgG, то есть неспецифическими антителами, а в другом – с антимезотелином. Красные квантовые стержни были конъюгированы с антителами к клаудину 4, который, как и мезотелин, является маркером рака клеток поджелудочной железы. Конъюгаты были добавлены к клеткам, которые спустя два часа были изучены при помощи конфокального микроскопа. Как и ожидалось, в большей степени накапливались квантовые стержни со специфичными к раку клеток поджелудочной железы антителами, чем с неспецифичными.

Однако самое приятное свойство квантовых стержней – все же не распознавание рака на ранних стадиях, о возможности чего упоминают исследователи, а их яркость и высокая фотостабильность, что позволяет проводить более долговременные наблюдения и дает возможность делать количественные оценки интенсивности флуоресценции.

Наноэлектроника

Домены намагниченности на «беговых дорожках»

Исследователи компании IBM заявили, что через 7—8 лет они надеются начать коммерческое производство нового типа накопителя информации — «памяти на беговых дорожках». Эта система, основанная на технологиях наноуровня, позволит создать запоминающие устройства объемом в тысячи гигабайт, размером не больше обычной флэшки, без движущихся частей, с минимальным энергопотреблением и максимальной скоростью записи и считывания.

Принцип работы «памяти на беговых дорожках» основан на достижениях электроники и нанотехнологиях, которые уже позволили значительно увеличить емкость жестких дисков. Условно говоря, информация записывается на металлические нити, в тысячи раз тоньше человеческого волоса. При помощи небольшого электромагнитного импульса информация «проталкивается» по металлической нитке и считывается другим проводом также нано-масштабов — как это происходит, показано на видео.

В компактный чип может вместиться миллионы таких нано-нитей. Причем эта система, утверждают исследователи, записывает и считывает информацию за наносекунды с минимальными затратами энергии. Она не греется, в ней нет подвижных механических частей, что делает такую память почти вечной. Плотность записи информации в такой системе в десятки и сотни раз превосходит плотность флэш-памяти, а это означает, что, с «памятью на беговых дорожках», объем информации, который сможет хранить ноутбук или МР-3 плейер, будет исчисляться уже не гигабайтами, а десятками терабайтов (тысяча гигабайт).

Правда, все это пока только в проекте. Исследователи из калифорнийской лаборатории Almaden компании IBM еще не смогли собрать работающий прототип устройства, однако они уверены, что это произойдет в ближайшие три года. Еще три-четыре года, по их словам, потребуется на начало коммерческого выпуска такой памяти. Это значит, что, если их прогнозы сбудутся, то лет через десять терабайтная флэшка будет стоить не дороже нынешней гигабайтной. К этому времени ученым предстоит придумать, как можно использовать такие огромные объемы информации обычному человеку.

Исследовательская группа Гарвардского университета, возглавляемая проф. Чарльзом Либером разработала коаксиальные кремниевые нанопроволочки (толщиной ~300 нм), на основе которых можно изготовить фотовольтаические (ФВ) элементы для питания небольших микросхем и наноустройств.

Экспериментальные ФВ элементы показали 3,5% эффективность преобразования солнечного излучения в электроток, которую можно рассматривать как адекватную для экспериментального устройства подобного рода. Достигнутая плотность тока ~24 мА/см₂ (лучше, чем у органических ФВ элементов), а генерируемая электроэнергия ~200 пВт (в отдельных случаях до 1 нВт). Авторы считают, что эти показатели можно удвоить параллельным или последовательным соединением двух элементов.

Аналогично кремниевому трехслойному коаксиальному кабелю, нанопроволочный ФВ элемент состоит из положительно заряженного внутреннего сердечника, тонкой нейтральной промежуточной оболочки и отрицательно заряженной внешней оболочки. Все три слоя изготовлены из кремния, легированного различными примесями с различной концентрацией. Либер сказал, что в то время, как p-i-n структура является традиционной для плоских ФВ элементов, в коаксиальном варианте она изготовлена впервые.

Коаксиальные кремниевые нанопроволоки

Схема изготовления включает следующие этапы: сначала выращивают нанопроволочный сердечник из монокристаллического кремния p-типа, используя в качестве затравки металлический нанокластер и процесс типа «пар-жидкость-твердое тело»; диаметр нанопроволочки определяется размером металлической частицы-катализатора; затем последовательно осаждают слой собственного кремния и верхний слой n-кремния. Нанопроволочки вырастают на подложке случайным образом, поэтому можно использовать любые подложки, включая стекло. Затем подложку опускают в этанол и встяхивают с использованием УЗ, чтобы нанопроволочки “сбросить” в раствор, откуда их переносят на чип, на котором собирают ФВ элемент. Чтобы сделать контакт к внутреннему p-сердечнику и к n-оболочке используют элетронно-лучевую литографию и травление.

Ученые создали графеновый транзистор шириной в 10 атомов . Нанотранзистор, являющийся, по большому счету, переключателем, использует графен, одноатомный слой графита.

В 1959 году ученый Фейнман в своей лекции «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики» показал, что законы квантовой механики не препятствуют созданию нужных людям структур из совсем небольшого числа атомов. Когда электронный микроскоп был практически единственным инструментом, позволяющим хоть что-то разглядеть в наномасштабе, идеи Фейнмана казались фантастикой.

Сейчас исследования Андрэ Гейма (Andre Geim) и Кости Новоселова (Kostya Novoselov) из Манчестерского университета (University of Manchester), Великобритания, позволяют говорить о потенциальных приложениях графенов в электронике.

Бизнес

OLED-панель

На выставке Display 2008, проходящей в Токио, компания Sony продемонстрировала OLED-панель толщиной всего в 0,2 мм . Напомним, что средняя толщина человеческого волоса – 0,05 мм. Данная 3,5-дюймовая панель имеет разрешение 320х220 пикселей. Более крупный по размеру, 11-дюймовый дисплей может похвастаться уже разрешением в 960×540 пикселей. Стоит отметить, что размер не повлиял на качество изображения.

Если представить, что протестированный нами ноутбук Sony VAIO серии TZ оснащался бы такой OLED-панелью, то вместо толщины дисплейного блока в 4,7 мм возможно получили бы другую цифру, гораздо меньшую.

Ford надеется использовать наночастицы во множестве ключевых областей разработки транспортных средств — от облегченных пластиков для снижения веса до улучшенной краски, более устойчивой и долговечной.

«Отрасль становится более эффективной в создании наночастиц, — сказал Мэттью Залузек (Matthew Zaluzec), руководитель отдела исследования и передовых прикладных материалов по науке и нанотехнологиям. — Наша задача заключается в том, чтобы взять эти наночастицы, разделить их и внедрить в существующие материалы, сделав наши машины легкими, более прочными и более эффективно расходующими топливо».

Применение нанотехнологий позволит Ford производить прочные и легкие пластики для использования их в интерьере и деталях двигателя, а также для наружных панелей автомобиля. Нанотехнологии также будут использоваться для создания более легких литых алюминиевых структур для блоков двигателя.

Усилия Ford в нанотехнологиях направлены на снижение веса транспортного средства на 120—340 кг (в зависимости от модели) в течение 12 лет. Однако снижение веса не отразится на пассивной безопасности автомобиля, добавляют в Ford. Исследования компании Ford в области нанотехнологий в настоящее время активно развиваются в сотрудничестве с Северо-Западным университетом (Northwestern University) и компанией Boeing.

IBM и ее партнеры (Infineon Technologies AG, Мюнхен, ST Microelectronics NV, Женева, Chartered Semiconductor Manufacturing, Сингапур, Freescale Semiconductor Inc., Остин, Техас, Samsung Electronics, Сеул и Toshiba Corporation, Токио) по международной гонке за 32-нм чипы официально заявили об успешной разработке в Центре полупроводниковых исследований и разработок компании IBM в East Fishkill (вблизи Нью-Йорка) т.н. HKMG 32-нм технологии (HKMG — high-k dielectrics/metal gates – диэлектрик с высокой диэлектрической постоянной «k»/металлический затвор), а также об изготовлении и испытании целой библиотеки тестовых чипов по этой технологии.

Все тестовые чипы изготовлены в Нанотехнологическом комплексе в Олбани (College of Nanoscale Science and Engineering's Albany NanoTech Complex). В сравнении с 45-нм аналогами, 32-нм тестовые приборы показывали 35% улучшение характеристик и снижение потребляемой мощности от 30 до 50% в зависимости от рабочего напряжения. При тех же размерах новая технология давала более, чем 40% улучшение в характеристиках приборов в сравнении с традиционной (Poly/SiON) технологией.

Технология будет готова к массовому производству для IBM и всех ее партнеров ко второй половине 2009 г., но дизайнеры уже сейчас могут приступить к соответствующим разработкам, ориентированным на 32-нм технологию.

Сегодня только Intel Corp. (45-нм правило конструирования) и NEC Electronics Inc. (55-нм правило конструирования) анонсировали поставки логических ИС, выполненных по HKMG технологии. К выпуску логических ИС по 32-нм технологии Intel планирует приступить в течение 2009 г., хотя заявляет, что уже имеет полностью функционирующие 32-нм статические оперативные запоминающие устройства (SRAM) и тестовые логические чипы, содержащие более 1,9 млрд. транзисторов.

Patton заявил, что разработанная 32-нм технология допускает дальнейшее масштабирование (до 28 нм) без внесения существенных изменений (т.е., без увеличения числа слоев, в которых используется двойное травление или двойное экспонирование при литографии).

События

Курчатовский Институт

В день юбилея Курчатовский институт заключил договор с «Роснанотехом». «Соглашение, позволяющее вкладывать любые средства в проекты на базе института» — такой подарок 17 апреля преподнесла госкорпорация «Роснанотех» Российскому научному центру «Курчатовский институт» в честь 65-летия.

Желающих поздравить РНЦ «Курчатовский институт» с юбилеем было так много, что ведущий торжественной церемонии академик-ядерщик Валентин Смирнов сразу предупредил: слово предоставит не всем. К визитам почётных гостей здесь давно привыкли. Политический вес «Курчатника» растёт буквально на глазах. В прошлом году институт принимал Владимира Путина, после чего получил статус головной научной организации в национальной нанотехнологической сети, теперь поговаривают, что его директор Михаил Ковальчук сменит Юрия Осипова на посту президента Российской академии наук.

Но на юбилее о политических перспективах не было сказано ни слова. Хозяева и гости праздника вспоминали годы минувшей славы института, восхищались его нынешними проектами международного значения. Президент РНЦ «Курчатовский институт» Евгений Велихов осторожно поблагодарил Иосифа Сталина, сказав, что «создавая институт, руководство страны обратилось к настоящей, невыдуманной науке, которая защищала бы Отечество» и приняло тогда «единственно верное решение — всецело поверило учёным». Академик Велихов отметил, что и при сегодняшней власти ядерщики имеют шанс доказать свои способности.

Директор института Михаил Ковальчук рассказал о новых научных проектах и разъяснил понятие нанотехнологий, которое, по его мнению, даже в мире науки, не говоря уже о представителях власти и СМИ, многие интерпретируют неправильно, — это «методология создания новых материалов в любой отрасли».

Говорилось и о том, что мода на нанотехнологии скоро пройдёт, и новым приоритетным направлением мировой науки станут некие «когнитивные технологии», развивающие воображение и ассоциативное мышление человека.

Министр образования и науки Андрей Фурсенко признался, что с каждым приездом в институт узнаёт много нового и пожелал юбиляру притока молодых кадров.

Генеральный директор госкорпорации «Росатом» Сергей Кириенко отметил, что «Курчатник» всегда останется своим, родным для атомной отрасли. Заместитель председателя Совета Федерации Дмитрий Мезенцев пожелал учёным-курчатовцам мужества и неконкурентного партнёрства с «Роснанотехом».

Россия должна срочно ускорить работу по созданию системы стандартов в наноиндустрии . Такое мнение высказал первый вице-премьер РФ Сергей Иванов на заседании правительственного совета по нанотехнологиям. «Мы обязаны форсировать свои действия, направленные на изменение сложившейся ситуации», — подчеркнул он. При этом С.Иванов отметил, что все действия правительства и научного сообщества в сфере стандартизации и метрологии «вообще носят фрагментарный характер».

«Скоординированная политика практически отсутствует, в результате мы до сих пор не имеем обоснованной методологии, обеспечивающей эффективную коммерциализацию результатов научных разработок», — указал первый вице-премьер.

С.Иванов обратил внимание на актуальность вопросов безопасности при производстве и потреблении нанопродукции. «Пока ни в России, ни в мире не проведено достаточно глубоких исследований, которые позволяли бы в полной мере оценить потенциальные риски использования нанопродуктов», — отметил первый вице-премьер, добавив, что такие риски, «несомненно, есть, и особенно в медицине».

В то же время госкорпорация «Роснанотех» уже должна создать конвейер по отбору конкретных проектов производства нанопродукции. Такое мнение высказал на прошлой неделе первый вице-премьер Сергей Иванов на заседании правительственного совета по нанотехнологиям.

«Должна быть создана система отбора таких проектов, и мне интересно узнать, когда конвейер по отбору проектов заработает и когда с него начнет сходить продукция — проекты, связанные с производством наукоемкой продукции», — обратился он к главе «Роснанотеха» Леониду Меламеду.

И напоследок отметим, что 17 апреля на химическом факультете МГУ состоялось выступление Генерального директора концерна «Наноиндустрия», Михаила Арсеновича Ананяна. В докладе были обсуждены вопросы концепции развития нанотехнологий в Российской Федерации, их коммерциализации, а также специфика деятельности Концерна и Ассоциации наноиндустрии, которая недавно получила юридическое оформление. М.А.Ананян рассказал также о разработках Концерна и обсудил вопросы возможного сотрудничества с химическим факультетом МГУ. В частности, было упомянуто о систематическом проведении бесплатных семинаров по различной тематике, которые Концерн планирует использовать, в том числе, в целях консолидации усилий по развитию наноиндустрии.

Итак, наш четырнадцатый выпуск подошел к концу!

Напоминаем, что если у вас есть какие-либо замечания или пожелания насчет состава рубрик или того, что бы вы хотели видеть в следующих выпусках – пишите !

До встречи через неделю!

Составитель – Свидиненко Юрий