Объекты нанотехнологий

Это объекты, имеющие кристаллическую структуру с размерами хотя бы в одном направлении от 0,1 нм до 1 мкм .

Квантовая яма – наноструктура, в которой движение электрона ограничено в одном направлении.

На практике квантовую яму можно получить, расположив тонкий слой полупроводника с меньшей шириной запрещённой зоны (Е_з1) между двумя более толстыми слоями полупро-водника с большей шириной запрещённой зоны.

В верхней яме помещаются электроны, в нижней – дырки.

27 – 3

Квантовая нить (проволока) – наноструктура, в которой движение электрона ограничено в двух направлениях.

Квантовая точка – наноструктура, в которой движение электрона ограничено в трёх направлениях, как в потенциальном ящике. Квантовые точки формируются подобным образом как и квантовые ямы. Они представляют собой выращенные специальным образом наноостровки-включения одного полупроводника в матрице или на поверхности другого полупроводника.

Квантовые точки могут иметь форму пирамид, сфер, сплющенных капель и т.д., но всегда это своеобразная ловушка, удерживающая электроны внутри себя.

Поведение электронов в квантовых точках хорошо описывается моделью потенциального ящика. Это касается как дискретности энергетического спектра электрона, так и плотности вероятности нахождения электрона в том или ином квантовом состоянии.

Квантовую точку можно рассматривать как «искусственный атом», лишённый ядра.

На основе квантовых точек создаются новые виды полупроводниковых сверхмалых лазеров и другие принципиально новые устройства и методы исследований во всех областях современных высоких технологий и биологии.

Углеродные нанотрубки – представляют собой цилиндрическую поверхность, образованную правильными шестиугольниками из атомов углерода. При диаметре от долей нанометра до нескольких нанометров углеродные трубки могут достигать в длину несколько сантиметров.

В зависимости от размеров и структуры нанотрубки могут обладать свойствами как проводников так и полупроводников.

Проводимость нанотрубок, обладающих металлическим типом проводимости, может быть очень большой. Они могут пропускать ток плотностью до 10⁹ А/см² , тогда как медный провод из-за джоулева нагрева плавится уже при j = 10⁶ А/см².

Углеродные нанотрубки обладают также уникальными механическими свойствами, что является следствием их атомной структуры. Предел прочности однослойной углеродной нанотрубки более чем в 20 раз выше, чем у стали, а плотность в 4 раза ниже (детали в 4 раза легче стальных и в два раза легче деталей из магниевых, титановых и алюминиевых сплавов).

Структурные и электронные свойства нанотрубок обеспечивают широкие возможности их использования при создании электронных устройств нанометровых размеров – выпрямителей, транзисторов, осцилляторов с очень высоким быстродействием, плоских мониторов, катодолюминисцентных источников света и т.д.

27 – 4

Ожидается, что плотность записи информации в наноэлектронике будет больше, чем в кремниевой микроэлектронике, примерно на три порядка.

Уникальные перспективы имеют углеродные нанотрубки в медицине, в частности при создании мозговых имплантов головного мозга , а так же в информационных нейросетевых технологиях и при создании искусственного интеллекта.

Три основных направления развития нанотезнологий

1). Создание электронных схем, размеры активных элементов которых сравнимы с размерами атомов и молекул.

2). Разработка и изготовление нанороботов молекулярных размеров.

3). Сборка из атомов и молекул любых структур и конструкций.