CC BY
182
Быть может, эти электроны -миры, где пить материков. Искусства, знанья, войны троны И память сорока веков!
Еще. быть может, каждый атом -Вселенная, где сто планет.
Там все, что здесь в объеме сжатом. Но также то, чего здесь нет.
В. Брюсов
УДК 53
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ
© Ю.И. Головин
Golovin Yti.I. Phisical fundamentals, siale and development prospects of nanotechnology. An overview is given 011 physical background, state, trends development prospects of nanotechnology.
Термины «нанонаука», «нанотехнологии», «нано-структурнрованные материалы н объекты». Отчасти они уже вошли в повседневную жизнь, ими обозначают приоритетные направления научно-технической политики в развитых странах. Так, в США действует программа «Национальная нанотехнологическая инициатива», бюджет которой в 2001 году составлял 485 млн. долларов (что сопоставимо с годовым бюджетом всей Российской АН). Евросоюз недавно принял 6-ю рамочную программу развития науки, в которой нанотехнологии занимают приоритетные позиции. Минпромнауки РФ и РАН также имеют перечни приоритетных, прорывных технологий с приставкой «на-но-». По оценкам специалистов в области стратегического планирования и научно-технической политики, сложившаяся сейчас ситуация по многим признакам вполне аналогична существовавшей в 70-е годы прошлого века в преддверии тотальной компьютерной революции, однако последствия нанотехнологической революции будут eme обширнее и глубже. Да, собственно, она уже началась и взрывообразно захватывает все новые и новые области.
Итак, что же сейчас понимают под нанотехнологиями? Сама десятичная приставка «нано-» происходит от греческого слова vavoa - карлик и означает одну миллиардную часть чего-либо. Таким образом, чисто формально в сферу этой деятельности попадают объекты с характерными размерами R (хотя бы вдоль одной координаты), измеряемыми нанометрами (1 нм = = 10 9 м = 10 А). Реально диапазон рассматриваемых объектов и явлений гораздо шире - от отдельных атомов (R < 0,1 нм) до их конгломератов и органических молекул, содержащих более К)'1 атомов и имеющих размеры гораздо более I мкм в одном или двух измерениях (рис. I). В силу действия различных причин (как чисто геометрических, так и физических) вместе с
уменьшением размеров падает и характерное время протекания разнообразных процессов в системе, т. е. возрастает ее потенциальное быстродействие, что очень важно для электроники и вычислительной техники.
Реально уже сейчас достигнутое быстродействие -время, затрачиваемое на одну элементарную операцию в серийно производимых компьютерах, составляет около I не (10 с), но может быть еще уменьшено на
несколько порядков величины в ряде наноструктур. Основные компоненты нанотехнологии представлены на рис. 2. Ее принципиальным фундаментом является физика, химии и молекулярная биология искусственных и естественных объектов, состоящих из счетного числа атомов, т. е. таких объектов, в которых уже в значительной степени проявляется дискретная агом-но-молекулярная структура вещества и/или квантовые закономерности его поведения.
Таким образом, в громадном и пока еще слабо освоенном зазоре между «макро-» уровнем, где действуют хорошо разработанные континуальные теории сплошных сред и инженерные методы расчета и конструирования, и атомарным, подчиненным законам квантовой механики, находится обширный «мезо-» иерархический уровень структуры материи (//еми - средний, промежуточный с греческого). На этом уровне протекают жизненно важные биохимические процессы между макромолекулами ДНК, РНК, белков, ферментов, субклеточных структур, требующие более глубокого понимания. Вместе с тем здесь могут быть созданы искусственно невиданные ранее продукты и технологии, способные радикально изменить жизнь всего человеческого сообщества. При этом не потребуется больших количеств сырья и энергии, как и средств для их транспортировки, уменьшится количество отходов и загрязнение окружающей среды, труд станет более интеллектуальным и здоровым.
^ 55
I g-5
S ^ я
В'||
с &• s к 9 о.
^ J- о ¿ = « о
См
я
X.
10’
1
10-’
10‘
10’
10'-’
Дискрс i но-киан rouble
МОДС. I II
Континуально-классические
модели
yv
Атом 2
II
1 1 Hill i y i i i
1 мкм 10"м
1 км
Ю'м
Характерный paiMi-p элементов структуры Рнс. I. Место наноструктурированных объектов в пространственно-временной плоскости характерных параметров
Рис. 2. Научные основы и объект!и нанонаукн и нанотехнологии
I. Смена основной технологической парадигмы тысячелетий: вместо «сверху - вниз» - отсечением ненужного, безотходная сборка нлн самосборка «снизу - вверх» из отдельных атомов и молекул.
Гениальные люди предчувствовали возможность радикальной смены подхода к производству необходимых человеку вещей задолго до наших дней. Так, еще в XVII веке французский мыслитель П. Гассенди предлагал использовать отдельные атомы (о существовании которых тогда можно было только догадываться) в качестве строительных модулей для
создания самых разных полезных предметов, подобно тому, как из одинаковых кирпичей можно выложить дом любой заданной конфигурации. В 1959 г. Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман прочел публичную лекцию, впоследствии ставшую знаменитой и цитировавшуюся в серьезных изданиях несколько тысяч (!) раз, - «Внизу полным-полно места: приглашение шагнуть в новую область физики (There’s plenty room at the bottom: an invitation to enter a new field of physics). В ней обращалось внимание на то, что законы физики не препятствуют получению изделий методом поатомной (или помолекулярной) сборки. Действительно, первоначально человек создавал объекты с размерами одного порядка со своими собственными, что требовало соответствующих технологий обработки, сопровождающихся большим количеством отходов (рис. За, 36, Зв). Вместе с тем многие задачи (например, сбор, хранение, обработка информации) не требуют таких больших размеров устройств и в принципе могут осуществляться в объеме нескольких атомов. В ряде других областей (например, микрохирургия, генная инженерия, беспилотные космические исследования и др.) уменьшение размеров не только желательно, а фактически - обязательно для выполнения поставленной задачи. При этом уменьшается материалоемкость, энергоемкость, загрязнение окружающей среды, улучшаются сразу все технико-экономические характеристики изделия.
В результате родилась новая стратегия в технологии: вместо обработки «сверху - вниз» (т. е. получения деталей или готовых изделий из заготовки путем отделения ненужных частей) - сборка или самосборка «снизу-вверх» (т. е. безотходный молекулярный дизайн изделия из простейших «кирпичиков» природы - атомов и молекул). Наиболее продвинутые промышленные нанотехнологии, разработанные в последнее время, показаны на рис. Зг, Зд, Зе и будут описаны ниже.
Нанонаука и нанотехнология
г)
Рис. 3. Иллюстрация лвух технологических парадигм - «сверху-вниз» (слева) и «снизу-вверх» (справа): а, б. в - примеры получения изделия из большой заготовки отсечением ненужного («сверху-вниз»), обкалыванием, точением, отапливанием; г, д, е - примеры конструирования изделий из отдельных атомов («снизу-вверх») молекулярно-лучевой эпитаксией через трафарет, самосборкой за счет ускоренной поверхностной диффузии, перемещением отдельных атомов иглой сканирующего зондового микроскопа. I - источник атомов; 2 -трафарет; 3 - подложка; 4 - игла зондового микроскопа
Здесь уместно также вспомнить и легенду о первом русском «нанотехнологе», лесковском Левше - тульском мастере, сумевшем подковать «аглицкую» блоху «наногвоздями», которые можно было разглядеть только в «мелкоскоп» с увеличением 5 ООО ООО раз (кстати, это как раз соответствует возможностям современных зондовых микроскопов с атомным разрешением).’
2. Физические основы нанотехнологии. Физическими основаниями для новой парадигмы в технологии являются глубокие знания свойств каждого атома в таблице Менделеева и наличие сил притяжения между ними при нанометровых расстояниях. В результате действия этих сил могут образовываться атомные конфигурации, стабильность которых определяется типом и прочностью внутренних связей, абсолютной температурой и характером окружения. Чем меньше частица и ниже температура, тем сильнее проявляются ее квантовые свойства. Однако сильные изменения свойств наночастиц по сравнению с макрочастицами того же вещества наступают, как правило, задолго до проявления квантовых пределов, а именно, при размерах Яг < 10-100 нм. Для различных свойств (механических.
' Впервые на >то забавное совпадение обратил внимание, невидимому, профессор Iі. Андриевский.
электрических, магнитных, химических и др.) этот критический размер может быть разным даже для одного и того же вещества, как и характер их изменений при Я < /?с. (рис. 4). Ввиду резкой зависимости свойств вещества от числа одинаковых атомов в кластере ее иногда аллегорически называют даже третьей координатой таблицы Менделеева.
Основные причины появления размерных эффектов в наномасштабных объектах показаны на полях рис. 4. Некоторые из них очевидны, другие требуют комментариев. Так, например, ясно, что доля атомов а, находящихся в тонком приповерхностном слое (- I нм), растет с уменьшением размера частички вещества /?, поскольку а ~ 8!V ~ Л2//?-1 - I//? (здесь 5 - поверхность частички, У - ее объем). Также общеизвестно, что атомы, находящиеся на поверхности, обладают свойствами, отличающимися от «объемных», т. к. они связаны с окружающими их атомами по иному, нежели в объеме. В результате на поверхности может произойти атомная реконструкция и появиться другой порядок расположения атомов. Для атомов, находящихся на краях мо-ноатомных террас, уступов и впадин на них, где координационные числа значительно ниже, чем в объеме, возникают совершенно особые условия. Взаимодействие электронов со свободной поверхностью приводит к появлению специфических приповерхностных состояний (уровни И. Тамма). Все это вместе взятое составляет фундаментальные основания рассматривать приповерхностный слой как некое новое состояние вещества.
Рис. 4. Примеры специфического поведения вещества на суб-микронном масштабном уровне и основные причины специфики нанообъектов. I - осциллирующий характер изменения свойств, 2 - рост характеристики с насыщением, 3 - рост характеристики с максимумом
І ІІМ I мкм I ММ I :
характерный рачмер структуры
Заметим также, что поверхность является стоком почти бесконечной емкости для большинства дефектов кристаллической структуры благодаря действию сил «изображения» и других причин. (Силы изображения получили свое название по методу расчета, который заключается в помещении симметрично за границей раздела мысленно точно такого же объекта, но противоположного знака). Силы изображения убывают по мере удаления от поверхности, но если размер частички достаточно мал, то они могут «высосать» из объема на поверхность большинство дефектов и сделать его более совершенным в структурном и химическом отношении.
Другая группа физических причин размерных эффектов состоит в следующем. В любом явлении переноса (электрический ток, теплопроводность, пластическая деформация и т. п.) носителям можно приписать некоторую эффективную длину свободного пробега Лу. При Л » Л, рассеяние (или захват и гибель) носителей происходит в объеме и слабо зависит от геометрии объекта. При /? < /?/ ситуация радикально меняется, и все характеристики переноса начинают сильно зависеть от размеров образца.
Большую перспективу применения в наноэлектро-ннке, наносенсорной технике и другом имеют низкоразмерные квантовые структуры, интенсивно изучаемые физикой в последние несколько десятилетий. Обычно - это полупроводниковые или сверхпроводящие объекты, имеющие атомарный масштаб в одном, двух или всех трех направлениях. Их свойства могут резко отличаться от объемных для того же материала вследствие яркого проявления квантовых закономерностей поведения. Одна из причин этих различий заключается в том, что, когда хотя бы один из размеров объекта становится соизмеримым с длиной волны де Бройля для электронов, вдоль этого направления начинается размерное квантованне.
При разработке, анализе и моделировании наноструктур наряду с традиционными инженерными методиками привлекают и современные физические теории и методы, такие как квантовая механика, молекулярная динамика и т. п. (рис. 5).
Характерные размеры
Рис. 5. Фундаментальные физические основы технологий различного масштабно-временного уровня
3. Наноетруктурнрованные материалы. Всего за несколько последних лет разработаны сотни наност-руктурированных продуктов и реализованы десятки способов их получения и промышленного производства (табл. I). Можно выделить несколько основных областей их применения: высокопрочные конструкционные и функциональные материалы: магнитомягкие и магнитотвердые материалы, нанопористые материалы для химической и нефтехимической промышленности (катализаторы, адсорбенты, молекулярные фильтры и сепараторы), негорючие нанокомпозитные материалы на полимерной основе, топливные элементы, электрические аккумуляторы и другие преобразователи энергии, биосовместимые материалы для трансплантации, лекарственные препараты.
Наиболее крупнотоннажным (после строительных) является производство конструкционных материалов, главным образом, металлов и сплавов. Потребность в них и материалоемкость изделия в значительной мере зависят от механических свойств: упругости, пластичности, прочности, вязкости разрушения и др. Известно, что прочность материалов определяется химическим составом и реальной атомарной структурой. Под последней понимается наличие определенной кристаллической решетки (или ее отсутствие) и весь спектр ее несовершенств. Как видно из рис. 6, добиваться высоких прочностных показателей можно двумя прямо
Таблица 1
Основные методы получения наноструктурированных материалов
Группа Основные разновидности
Компактирова-нис порошков Метод Глейтсра (газофазное осаждение и комгтктирование) Прессование и спекание Электроразряднос спекание
Интенсивная пластическая деформация Равноканальное угловое прессование Фазовый наклеп Деформация кручением в условиях высокого давления
Контролируемая кристаллизация и полимеризация Обычные и высокие давления, однофазные, многофазные и композитные материалы
Пленочные технологии Химическое осаждение из газовой фазы Физическое осаждение из газовой фазы Электроосаждснне Ионно-лучевая имплантация Термическое разложение
Рис. 6. Схематическая зависимость прочности от плотности атомарных дефектов в материале. (7 - модуль сдвига
противоположными способами: снижая концентрацию дефектов структуры (в пределе приближаясь к идеальному монокристаллическому состоянию) или наоборот, увеличивая ее вплоть до создания мелкодисперсного нанокристаллического или аморфного состояния. Оба пути сейчас широко используют в современном физическом материаловедении и производстве.
4. Тонкие пленки, гетсроструктуры, ннзкораз-мермме системы. Основную массу методов создания тонкопленочных структур можно разбить на 2 больших класса, базирующихся на физическом и химическом осаждении. При малой толщине (до нескольких атомных слоев) двумерная подвижность осаждаемых на подложку атомов может быть очень высокой. В результате быстрой диффузии по поверхности происходит самосборка нанообъектов, обладающих ярко выраженными квантовыми свойствами: квантовые точки, квантовые ямы, квантовые проволоки, кольца и др. (подробнее см. п. 6). То есть возникает специфический мир ннзкоразмерных квантовых структур. Нередки случаи образования структур с дробной размерностью D (фракталов) 1 < D < 2 или 2 < D < 3. Если систему квантовых точек покрыть слоем инертного материала, а затем снова напылять активный материал, то опять образуются островки, самоупорядочнвающиеся на поверхности и даже скоррелированные с положением аналогичных объектов в первом слое. Повторяя такие процедуры множество раз можно получить объемно упорядоченные структуры (квазирешетки) из квантовых ям или точек, называемых гетероструктурами. В дальнейшем они могут использоваться как лазерные источники света, фотоприемники, накопители информации и др. Вся современная микроэлектроника базируется на планарных полупроводниковых технологиях, которые дают возможность создавать самые разнообразные многослойные тонкопленочные структуры с функциями сенсоров, логической и арифметической обработкой сигнала, его хранения и передачи по электронным или оптическим линиям связи.
Разработаны составы и технологии нанесения сверхтвердых покрытий толщиной около I мкм, уступающих по твердости только алмазу. При этом резко увеличивается износостойкость режущего инструмента, жаростойкость, коррозионная стойкость изделия, сделанного из сравнительно дешевого материала в объеме.
По пленочной технологии можно создавать не только сплошные или островковые покрытия, но и щетинообразные, с упорядоченным расположением нановорсинок одинаковой толщины и высоты. Они могут использоваться как сенсоры, элементы экранов высокого разрешения и в других приложениях.
5. Фуллерены, фуллсриты и нанотрубкн. Углерод - основа жизни на земле - существует в твердой фазе в нескольких модификациях, свойства которых резко отличаются: графит, алмаз, карбин, лонсдейлит (последние два были получены искусственно, но лон-сдейлнт впоследствии был обнаружен и в метеоритах). Важная особенность углерода - способность образовывать цепочки - С - С - С - используется Природой для создания биополимеров, а человеком - синтетических полимеров и разнообразных пластмасс. В 1985 году
а) б) В)
Рис. 7. Структура фуллереновых молекул См (а), С70 (б) и однослойной нанотрубки с закрытым торцом (в)
Крото с сотрудниками сообщили, что в масс-спектрах паров графита, полученных его испарением под лазерным пучком, имеется ряд интенсивных пиков, отвечающих кластерам (или многоатомным молекулам) углерода. Наиболее стабильными из них оказались СЫ) и С70. Как выяснилось в результате структурного анализа, первый из них имел форму футбольного, а второй -регбийного мяча (рис. 7а, 76). Впоследствии их стали называть фуллеренами в честь американского архитектора Фуллера, получившего в 1954 году патент на строительные конструкции в виде многогранных сфероидов для перекрытия больших помещений. Шарообразные (или дынеобразные) молекулы имеют необычную симметрию и уникальные свойства. Все ковалентные связи в этих молекулах насыщены, и между собой они могут взаимодействовать только слабыми ван-дер-ваальсовыми силами. При этом последних хватает, чтобы построить из сферических молекул кристаллические структуры (фуллериты). К каждой такой молекуле можно привить другие атомы и молекулы. Можно поместить чужеродный атом в центральную полость фуллереновой молекулы как в суперпрочный контейнер или полимеризовать их, раскрыв внутренние связи и т. д. Впоследствии научились выращивать однослойные и многослойные углеродные нанотрубки (рис. 7в). Крайне важно, что свойствами нанотрубок можно управлять, изменяя их хиральность, т. е. скрученность решетки относительно продольной оси. При этом легко можно получить проволоку нанометрового диаметра как с металлическим типом проводимости, так и с заданной запрещенной зоной. Соединение двух таких нанотрубок будет образовывать диод, а трубка, лежащая на поверхности окисленной кремниевой пластинки -канал полевого транзистора. Такие наноэлектронные устройства уже созданы и показали свою работоспособность. Нанотрубки с регулируемым внутренним диаметром представляют собой основу идеальных молекулярных сит высокой селективности и газопроницаемости, контейнеров для хранения газообразного топлива, катализаторов и т. п. Кроме того, нанотрубки могут использоваться как сенсоры, атомарно острые иголки, элементы экранов дисплеев сверхвысокого разрешения и т. д.
6. Наноэлектроннка следующих поколений. Безусловно, наноэлектрон и ка - одна из первых дам королевского двора Нанотехнологии. Любые достижения в нанонауке сначала просматриваются иод углом зрения приложимости к информационным технологиям. Можно выделить несколько крупных направлений на этом участке фронта:
• Использование квантовых эффектов и в пределе -создание квантовых компьютеров;
• Молекулярная электроника, в частности, с использованием фрагментов ДНК;
• Использование углеродных нанотрубок для различных устройств;
• Развитие сканирующих зондовых методов; |
• Одноэлектроника и спинтроннка. “■
Наиболее революционными из них являются те, которые приближаются к квантовым пределам, положенным самой Природой, - это один электрон, один спин, квант магнитного потока, энергии и т. д. Это сулит быстродействие - ТГц (~ 1012 операций в секунду), плотность записи информации - 10'1 Тбит/см:, что на много порядков выше, чем достигнутые сегодня, а энергопотребление - на несколько порядков ниже. При такой плотности записи в винчестере размерами с наручные часы можно было бы разместить громадную библиотеку масштаба Ленинской в г. Москве или фотографии, отпечатки пальцев, медицинские карты и биографии абсолютно всех (!), до единого (!), жителей Земли. Действительно, с принципиальной точки зрения для оперирования в двоичной системе исчисления необходимы элементы, которые способны реализовывать два устойчивых (стабильных во времени и не разрушаемых термическими флуктуациями) состояния, соответствующих «0» и «I», и допускать быстрое переключение между ними. Такие функции может выполнять электрон в двухуровневой системе (например, в двухатомной молекуле). Для этого он должен перейти с одного атома на другой, что реализовало бы заветную мечту - «одноэлектронное» устройство. Для сравнения упомянем, что лучшие современные электронные средства неэкономно «тратят» сотни - тысячи электронов па одну операцию. Другая возможность заключается в переориентации спина электрона из одного устойчивого состояния в другое. На этом принципе основывается совершенно новое направление в науке и нанотехнологии - спинтроннка. Существующие сейчас массовые технологии производства практически достигли своих теоретических пределов и нуждаются в принципиальном обновлении. До последних рубежей - квантовых пределов - еще далеко, и многие принципы и элементы нового поколения уже опробованы в лабораториях.
Различные варианты двух основных технологий получения низкоразмерных структур - молекулярнолучевая эпитаксия и химическое осаждение - дают возможность получения двумерных (тонкие пленки), одномерных (квантовые проволоки) или нуль-мерных (квантовые точки) образований, которые уже используются и будут использоваться еще шире в электронных и фотонных приборах. Большую роль в получении таких объектов играют также процессы самоорганизации, в которых необходимая структура создается из менее упорядоченной путем самосборки.
Подобные низкоразмерные системы находят применение в лазерах, построенных на гетероструктурах. Квантовые точки имеют перспективы широкого применения в детекторах инфракрасного излучения (в частности, в области длин волн 8—14 мкм, соответствующей максимуму теплового излучения человеческого тела), для создания суперплотной памяти с ячейками, в которые захватывается один или несколько электронов и др.
Гми
Рис. 8. Динамика развития микро-электроники в предшествующие 30 лет и прогноз на следующее десятилегне на примере роста параметров больших интегральных схем оперативной памяти для персональных компьютеров
Несмотря на возрастающий уровень сложности проблем, к 2010-2012 г. чипы с динамической памятью должны достигнуть по количеству транзисторов числа нейронов в человеческом мозгу (~ 10м). Это соответствует характерным размерам элементов на микросхеме - 10-20 нм, а при записи информации - плотности ~ 1 Тбит/см2 (рис. 8).
Дальнейшее развитие информационных технологий сдерживается рядом ограничений, накладываемых физическими законами на существующие средства электроники. Для того чтобы сделать очередной шаг в миниатюризации, освоении новых принципов обработки, хранения, передачи данных, необходимо радикальное увеличение быстродействия, а также интеграции и плотности размещения отдельных элементов на поверхности и в объеме при одновременном снижении энерговыделения и себестоимости чипа. Одним из таких путей является использование сверхпроводящих (СП) элементов, включающих джозефсоновский переход. Он представляет собой две СП пленки, разделенные тонким слоем 1 нм) диэлектрика. Такие сверхпроводники называют слабосвязанными, а саму СП структуру обозначают как «слабую». В физических лабораториях к настоящему времени разработано множество джозефсоновских элементов и устройств, имеющих обширные перспективы применения в качестве генераторов и приемников миллиметровых и суб-миллимстровых излучений, логических элементов и ячеек памяти, устройств квантового кодирования и передачи данных, высокочувствительных датчиков магнитного поля, электрического заряда, напряжения, тока, теплового потока и т. д.
Принцип действия таких элементов основан на квантовых закономерностях поведения одного или нескольких джозефсоновских контактов, включенных в обычную электрическую цепь. Электроны в сверхпроводнике ведут себя скоррелнрованно, в результате чего ток и созданный им магнитный поток квантуется, подобно тому как квантуются электронные орбитали и уровни энергии в отдельном атоме. Из-за этого в кольце, состоящем из двух джозефсоновских контактов, включенных параллельно, может укладываться только целое число длин электронных волн, а внутри такого кольца может существовать не любой магнитный по-
ток, а только кратный целому числу квантов магнитного потока Фо = Л/2е = 2-10 15 Вб (здесь е - заряд электрона, h - постоянная Планка). Это обеспечивает автоматический переход от аналогового способа представления информации к дискретному. Использование слабосвязанных СП структур позволяет достичь предельно низких уровней шума и энергопотребления при рабочих частотах ~ 10 Гц в устройствах квантового кодирования и передачи данных.
Элементы быстрой одноквантовой логики, в которых единицей информации является квант магнитного потока, позволяют обрабатывать сигналы с частотами, превышающими 100 ГГц, при крайне низком уровне диссипации энергии. Особенно ценно то, что такая структура является одновременно и логическим элементом и ячейкой памяти. Поскольку объем данных, передаваемых в сети Интернет, удваивается каждые 3-4 месяца, в ближайшей перспективе даже наиболее современные из разрабатываемых сейчас полупроводниковых приборов не смогут пропускать такие большие потоки. Трехмерные СП структуры, состоящие из сложенных в стопу джозефсоновских электронных схем, видятся сейчас как единственная альтернатива планарным полупроводниковым микросхемам.
Освоение новых физических принципов позволяет создавать принципиально новые классы вычислительных систем на основе квантовых низкоразмерных структур. Уже разработаны квантовые алгоритмы вычислений, позволяющие решать задачи, заведомо не решаемые на традиционных компьютерах, использующих детерминистическую бинарную логику (т. е. управление состоянием классических ячеек «0» и «1»). Квантовый бит (кубиг) должен представлять собой квантовую когерентную двухуровневую систему типа состояний электронного спина ± 1/2. Информация хранится, обрабатывается и передается в такой гипотетической (пока) вычислительной машине по квантовоме-ханическнм законам в виде волновой функции системы, состоящей из большого числа кубитов. Колоссальное увеличение объема и скорости оперирования информацией в таком устройстве будет обусловлено не просто уменьшением времени одной операции, а максимально возможным в природе распараллеливанием вычислений, лимитируемым квантовым пределом. Одновременно могут быть решены на новом уровне вопросы кодирования и криптографии. В настоящее время идут поиски удобной наноструктуры для реализации кубита. Одновременно развивается несколько подходов к решению этой проблемы. Наноструктури-рованная джозефсоновская электроника как нельзя лучше подходит в качестве физической среды для конструирования квантовых компьютеров. На основе двумерных сеток джозефсоновских контактов может быть также создан новый тип компьютерной памяти, строящийся не на базе традиционной логики, а использующий ассоциативную, распределенную по всей структуре память, подобно нейронным сетям живых организмов. Такая система будет способна распознавать образы, принимать оперативные решения в многофакторных ситуациях (например, в экономике, оборонных задачах, космических исследованиях и т. д.) в реальном времени без механического перебора всех возможных вариантов. По-видимому, криогенная электроника не
будет конкурировать с традиционной полупроводниковой в существующих уже сейчас областях применения. Ее задача - обеспечить основу для новых поколений суперкомпьютеров и высокопроизводительных опорных телекоммуникационных систем, создание которых было бы коммерчески оправданно, несмотря на затраты, обусловленные необходимостью глубокого охлаждения.
Одним из наиболее продвинутых направлений применения СП структур с джозефсоновскимн переходами является конструирование датчиков - регистраторов малых сигналов с чувствительностью вблизи фундаментального квантового предела, т. е. в тысячи -десятки тысяч раз выше, чем у традиционных полупроводниковых устройств. Это позволяет использовать их в бесконтактной медицинской диагностике (магни-токардиографы, магнитоэнцефаллографы для регистрации деятельности сердца и мозга соответственно). На повестке дня - создание магнитной томографии, т. е. объемной микроскопии человеческого организма, позволяющей наблюдать функционирование органов, внутриутробного развития плода и другое в реальном масштабе времени.
Молекулярная электроника и оптоэлектроннка рассматривается многими специалистами как реальная альтернатива «кремниевой» в недалеком будущем. Тому есть несколько причин. Природа создала за миллионы лет эволюции самые разнообразные молекулы, выполняющие все необходимые для сложного организма функции: сенсорные, логически-аналитические, запоминающие, двигательные и т. д. Зачем разрабатывать и производить искусственные структуры из отдельных атомов при наличии готовых строительных «блоков»? Тем более что они имеют оптимальную конфигурацию, структуру и нанометровые размеры. В настоящее время существующих фундаментальных знаний и нанотехнологий достаточно лишь для демонстрации принципиальных возможностей создания практически всех структур, необходимых для информационных технологий и микроробототехннкн. Однако нет сомнений, что в ближайшем будущем они будут играть важную роль во многих приложениях.
7. Глаза и пальцы нанотехнологии - сканирующие зондовые методы исследовании и атомного дизайна. С момента изобретения Г. Биннингом и Г. Рорером первого варианта сканирующего туннельного зондового микроскопа в 1982 году прошло всего 20 лет, но за это время из остроумной игрушки он превратился в одно из мощнейших средств нанотехнологии. Сейчас известны десятки различных способов зондовой сканирующей микроскопии (SPM - scanning probe microscopy). Нобелевский лауреат Ж.И. Алферов (Г. Биннинг и Г. Рорер тоже получили Нобелевскую премию за изобретение зондового микроскопа) считает, что нанотехнология базируется на грех китах - зондовой микроскопии, эпитаксиальном росте атомарно тонких пленок на поверхности кристаллов и процессах самосборки гетероструктур (рис. 9).
Как видно из названия - SPM, общим у этих методов является наличие зонда (чаще всего это хорошо заостренная игла с радиусом при вершине ~ 10 нм) и сканирующего механизма, способного перемещать его над поверхностью образца в трех измерениях (рис. 10).
Рис. 10. Типовая схема осуществления сканирующих зонло-вых методов (SPM) исследования и модификации поверхности в нанотехнологии
Грубое позиционирование осуществляют трехкоординатными моторизированными столами. Тонкое сканирование реализуют с помощью трехкоординатных пьезоактуаторов, позволяющих перемещать иглу или образец с точностью в доли ангстрема на десятки микрон ио X и Y и на единицы мкм - по Z. Все известные в настоящее время методы SPM можно условно разбить на 3 основные группы:
• сканирующая туннельная микроскопия (Scanning Tunneling Microscopy - STM); в ней между электропроводящим острием и образцом приложено небольшое напряжение (~ 0,01-10 В) и регистрируется
туннельный ток в зазоре, зависящий от свойств и конфигурации атомов на исследуемой поверхности образца;
• атомно-силовая микроскопия (Atomic Force Microscopy - AFM); в ней регистрируют вариации силы притяжения иглы к поверхности от точки к точке. Игла расположена на конце консольной балочки (кан-тилевера) с известной жесткостью, способной изгибаться под действием небольших ван-дер-ваальсовых сил, возникающих между исследуемой поверхностью и кончиком острия. Деформацию кантнлевера регистрируют по отклонению лазерного луча, падающего на его тыльную поверхность, или с помощью пьезорезистивного эффекта, возникающего в самом кантнлевере при изгибе;
• блнжнепольная оптическая микроскопия
(Scanning Ncarfield Optic Microscopy - SNOM). Зондом в этом случае является оптический волновод (светово-локно), сужающийся на том конце, который обращен к образцу, до диаметра меньше длины волны света X. В этих условиях световая волна не выходит из волновода на большое расстояние, а лишь слегка «вываливается» из его кончика. На другом конце волновода установлены лазер и фотоприемник отраженного от свободного торца света. При малом расстоянии между исследуемой поверхностью и кончиком зонда амплитуда и фаза отраженной световой волны меняются, что и служит сигналом, используемым при построении трехмерного изображения поверхности.
В лучших модификациях STM и AFM относительно легко достигается атомное разрешение (рис. 11), за которое пучковая электронная микроскопия боролась более полувека и сейчас достигает ее в крайне редких случаях. Размеры и стоимость зондовых микроскопов значительно ниже, чем у традиционных электронных, а возможностей - даже больше: они могут работать при комнатной, повышенной и криогенной температуре, на воздухе, в вакууме и в жидкости, в условиях действия сильных магнитных и электрических полей, СВЧ и оптического облучения и т. п. Зондовыми методами можно исследовать самые разнообразные материалы: проводящие, диэлектрические, биологические и другие без трудоемкой подготовки образцов. Они могут использоваться для локального определения атомных конфигураций, магнитных, электрических, тепловых, химических и других свойств поверхности. Особенно интересны попытки зарегистрировать спин-зависнмые явления, определяющие величину туннельного тока в функции от поляризации одного единственного электрона в атоме на исследуемой поверхности. Это прямой путь к созданию «одноэлектроники» и «спинтро-ники».
Атомные маннпуляцнн и нанолитография с помощью SPM. Понадобилось совсем немного времени после изобретения сканирующей туннельной микроскопии для того, чтобы осознать н реализовать в дополнение к ее исследовательским функциям еще и активные - захват отдельных атомов, перенос их в новую позицию, атомарную сборку проводников шириной в один атом, локальные химические реакции, манипулирование отдельными молекулами и т. д. На рис. 11 показаны несколько примеров такой поатомной сборки «пляшущего человечка», иероглифов и «квантового загона» для электрона.
Ж»
.с
д)
е)
ж) 3)
Рис. 11. а) Изображение рельефа СО-КОМ в ЛГМ, б) структура графита и в) - нанокристаллического палладия ($ТМ-микроскопия), г) вТМ-изображение квантовой точки, образованной самосборкой атомов (германиевая пирамида). Атомный дизайн в сканирующем туннельном микроскопе: д) «пляшущий человечек», выложенный молекулами монооксида углерода, е) иероглифы, выложенные атомами железа на поверхности меди (111). ж) поатомная сборка «квантового загона» для электрона из 48 атомов железа на поверхности кремния методом атомарного дизайна в БРМ, з) в собранном «загоне» видны стоячие волны электронной плотности захваченного ловушкой электрона
Обычно используют два основных способа манипуляции атомами иглой STM - горизонтальный и вертикальный. Процесс вертикальной манипуляции отличается от горизонтальной тем, что после захвата нужного атома его отрывают от поверхности, поднимая зонд на несколько ангстрем. Это, разумеется, требует больших усилий, чем «перекатывание» атома по поверхности, но зато потом процесс переноса не зависит от встречающихся на ней препятствий (ступеней, ям, адсорбированных атомов и др.). Процесс отрыва атома от поверхности контролируют по скачку тока. После перемещения в необходимое место, его «сбрасывают» путем приближения острия к поверхности и переключения напряжения на игле. В сущности - это пока лишь демонстрация возможности достижения теоретического предела в оперировании веществом при конструировании полезных человеку устройств. Осуществление атомных манипуляций в массовом масштабе, пригодном для производства, требует преодоления многих недостатков лабораторной технологии: необходимости криогенных температур и сверхвысокого вакуума, низкой производительности и надежности и т. д.
Гораздо больших успехов зондовые методы достигли в нанолитографии - «рисовании» на поверхности различных наноструктур с характерными размерами в десятки нм. Наиболее продвинутыми в сторону практического приложения оказались процессы а) химического окисления поверхности, индуцируемые движущимся острием, б) осаждения с острия наноостровков металла на поверхность методом скачка напряжения и в) контролируемого наноцарапания. Минимальные размеры элементов, создаваемые этими способами, составляют около 10 нм, что позволяет в принципе осуществлять очень плотную запись, но производительность и надежность оставляют желать много лучшего. Диапазон от 1 до 10 нм остается пока неосвоенным для литографии даже в лабораторных условиях.
Сенсоры различного назначения. Усовершенствование зондов для SPM (особенно для АРМ) вызвало к жизни поток публикаций, посвященных разработке и применению миниатюрных механических, химических, тепловых, оптических и других сенсоров для различных приложений. Кантилеверы, создававшиеся первоначально для нужд AFM, демонстрируют высокую чувствительность не только к приложенным силам, но и к химическим реакциям на поверхности, магнитному полю, теплу, свету. Массивы кантнлеверов из кремния, создаваемые хорошо разработанными в полупроводниковой промышленности методами и содержащие несколько десятков (а иногда и сотен) отдельных датчиков, позволяют реализовать на одном чипе функции «электронного носа» или «электронного языка» для химического анализа газов и жидкостей, воздуха, продуктов питания и т. п. Так, например, разработан сенсор, представляющий собой кантилевер, с «пришитой» химически бномолекулой на кончике острия. Эта молекула (например, антитело или энзим) может селективно вступать в химическое взаимодействие только с избранными веществами, которые могут находиться в многокомпонентном растворе. Захват определенной молекулы из раствора и связывание ее на кончике острия приводит к изменению резонансной частоты кан-тилевера на известную величину, что расценивается как положительный отклик на присутствие детекти-
руемых молекул в пробе. Легко понять, что чувствительность и избирательность таких сенсоров позволяет обнаруживать и регистрировать отдельные молекулы в растворе.
8. Наноуколы - наноструктурам. Появление наноструктур вызвало к жизни методы и средства, позволяющие изучить их механические свойства - упругость, пластичность, склонность к разрушению и др. Принцип действия нанотестеров (или наноиндентомет-ров) заключается в компьютерно-управляемом касании иглой поверхности и записи зависимости силы сопротивления внедрению от глубины погружения. Как и в зондовой микроскопии, в нанотестировании разработаны десятки способов аттестации поверхности, позволяющие извлекать самую разнообразную информацию не только о поверхностном слое атомов, но и подповерхностных слоях. Помимо этого нанотестеры позволяют моделировать условия в наноконтактах, с которых начинается любое касание твердых тел, сухое трение, износ и тому подобные процессы. Как и атомносиловые микроскопы, нанотестеры могут использоваться для нанолитографии, т. е. для записи и считывания информации с очень высокой плотностью.
Коммерческие нанотестсры таких известных фирм как MTS, Hysitron, Micro Photonics и другие имеют паспортное разрешение в канале измерения силы около 1 нН, а по перемещению - лучше, чем 1 нм. Многие принципиальные и конструктивные решения в нанотестерах близки к используемым в зондовой сканирующей микроскопии, и ряд фирм объединяют оба типа испытания в одном комбинированном приборе. Это позволяет не только визуализировать микротопографию поверхности, но и исследовать более десятка механических характеристик материала в приповерхностных слоях, покрытиях, пленках толщиной от единиц нм до нескольких мкм, т. е. перейти от двумерных (как в SPM) к трехмерным исследованиям материала.
Высокоплотная запись информации. Традиционные способы хранения информации в магнитных или оптических дисках, в интегральных микросхемах практически достигли предела физических возможностей. Как уже упоминалось, в перспективе возможна ульт-раплотная запись с помощью отдельных атомов, но. скорее всего, для реализации таких устройств потребуется не один десяток лет. Поэтому продолжают предлагаться принципы и техника для записи с промежуточной плотностью ~ I ТБ/см2. В частности, в IBM финансируется проект Millipede (тысяченожка - с лат.), возглавляемый создателем первых сканирующих зондовых микроскопов Г. Биннингом. Первоначально в качестве прототипа использовали модифицированный атомно-силовой микроскоп, который наносил на поверхность пластика отпечатки путем наноиндентнро-вания. Однако это требует весьма жесткого и массивного кантилевера, что делает процесс записи и считывания малопроизводительным. Для увеличения производительности в проекте Millipede предлагается использовать одновременно несколько тысяч кантилеве-ров, собранных в матрицу (опытный образец имеет 1024 острия, размещенных на площади 3x3 мм'). Каждый кантилевер имеет длину 70 мкм, ширину 10 мкм и толщину 0,5 мкм. На его свободном конце сформировано острие высотой 1,7 мкм и радиусом в вершине
менее 20 им. Для уменьшения требуемых при наноин-дентировании усилий, снижения массы каитилевера и увеличения стойкости острия последние нагревают короткими импульсами тока до 300-400 °С, что локально размягчает пластиковую пленку, на которую записывается информация. В процессе доводки получается матрица 64x64 острия на площади около 7 мм2. Она имеет общую производительность несколько сотен MB/с как при записи, так и при считывании.
Г. Биннинг с оптимизмом заявляет, что за несколько лет группа надеется преодолеть «террабитный барьер» (имеется в виду - Тб/дюйм2) и приблизиться к атомной плотности записи (~ 103 Тб/см2), что в принципе достижимо методами AFM. Заметим, что помимо IBM и другие компании (Hewlett-Packard, Hitachi, Philips, Nanochip и др.) ведут интенсивные разработки устройств со сверхвысокой плотностью записи. Так что сейчас трудно сказать, какие из этих продуктов ждет коммерческий успех. Но интуиции нобелевских лауреатов видимо стоит доверять, как это делают такие гиганты как IBM.
Таким образом, зондовые методы стали универсальным средством исследования атомарного дизайна, проведения химических реакций между двумя выбранными атомами (молекулами), записи и хранения информации с предельно возможным в природе разрешением ~ 10 м (для атомарных структур), а также последующего ее считывания.
9. Нанобиотехнологии - ключ к решению проблем экологии, медицины, здравоохранения, сельскою хозяйства, наноэлектроники. Нанобиотехнология - громадная и разнообразная часть науки и технологии, занимающаяся биообъектами и биопроцессами на молекулярном и клеточном уровне. В ней содержатся ключи к решению многих проблем экологии, медицины, здравоохранения, сельского хозяйства, наноэлектроники, национальной обороны и безопасности. Сюда входят проблемы расшифровки геномов человека, животных, растений, генная инженерия, мониторинг окружающей среды, утилизация отходов, хранение и переработка сельхозпродукции, диагностика и лечение болезней века (сердечно-сосудистых, рака, СПИДа и др.). Отдельно отметим очень перспективные разработки наноэлектронных устройств, использующих биомолекулы (в частности, фрагменты ДНК, полимерных цепей и т. п.), о которых уже шла речь в п. 6. Созданные лабораторные образцы элементов электроники, использующие органические молекулы, - самый прямой путь к одноэлектронной логике и памяти. Промышленно производимые биосенсоры с уникальной чувствительностью и селективностью и интегрированные сенсорно-аналитические устройства размером в копеечную монету способны выполнять функции целой химической лаборатории. Учитывая специфичность нанобиотехнологий и наличие обширной и вполне доступном литературы в этой области, ограничимся лишь краткой сводкой основных направлений ее развития (табл. 2).
Таблица 2
Основные направления развития нанобиотехнологни
Отрасль Конкретные примеры
Генная инженерия Секвенирование и модификация ДНК
Медицина Доставка лекарственных препаратов и генов внутрь клетки, использование ферментов и микроорганизмов при производстве сложных лекарств, синтез новых антибиотиков, диагностика и микро-, нано-хирургия, разработка биосовместимых поверхностей контакта и материалов для протезирования и имплантации
Сельское хозяйство Получение новых штаммов микроорганизмов, новые методы селекции растений и животных (включая клонирование)
Пищевая промышлен- ность Создание новых методов переработки и хранения пищевых продуктов, синтез белка одноклеточными организмами
Химическая промышлен- ность Новые эффективные катализаторы, мембранные технологии
Контроль за состоянием окружающей среды Совершенствование методов тестирования и мониторинга, средств борьбы с химическим и биологическим оружием, технологии переработки и утилизации отходов
Энергетика Новые виды топлива, способы его получения, хранения и использования
Наноэлектро- ннка Сенсорика, биочипы, информационные технологии
10. Интеллектуальные наносистемы и наноробо-
гы. Дальнейшее развитие нанотехнологии предусматривает переход от отдельных элементов и их сборок к интегрированию сенсорной, логически-аналитической, двигательной и исполнительной функции в одном устройстве. Первый шаг в этом направлении - создание микро / нано-электромеханических систем (MEMS / NEMS). И наноострня, и нанокантилеверы, и просто нанопроводннки могут быть очень чувствительными и селективными сенсорами, расположенными на одном чипе с электроникой. К ним можно добавить нанонасосы и в результате получится аналитическая химическая лаборатория, размещающаяся па пластине площадью - I см2. Существуют уже анализаторы боевых отравляющих веществ, биологического оружия, «искусственный нос» и «искусственный язык» для аттестации пищевых продуктов (вин, сыров, фруктов, овощей и т. д.).
В лабораториях созданы все необходимые компоненты для производства нанороботов различного назначения. Так, у Министерства обороны США существует хорошо финансируемая программа создания «Smart dust» - умной пыли, т. е. большого семейства
микророботов, размером в пылинку, которые смогут, рассыпавшись над территорией противника, проникать во все щелн, каналы связи, создавать свою сеть, собирать и передавать оперативную информацию, проводить спецоперации и т. д.
Существуют проекты создания специальных мнк-ророботов-докторов, которые будут сочетать функции диагноста, терапевта и хирурга. Перемещаясь по кровеносной, лимфатической или другой системе человека, они будут заботиться о его самочувствии и здоровье. Уже созданы прототипы таких роботов, имеющих все функциональные узлы и размеры около 1 мм.
11. Социально-экономические последствия нано-революции. Сейчас трудно предсказать все последствия начавшейся нанотехнологической революции так же, как 30-40 лет назад - последствия тотальной информатизации общества, создания глобальной компьютерной сети Интернет и т. п. Однако большинство экспертов сходятся на том, что, скорее всего, эти последствия будут еще масштабнее и глубже, чем от информатизации. Умение использовать достижения новой науки и технологии, способность развивать ее дает возможность выйти на очень перспективный рынок нанопродуктов (рис. 12) и станет стратегическим преимуществом региона, страны. Что же может дать развитие нанотехнологий в социальном плане? Сотрудник института глобального прогнозирования (Institute For Global Future, USA) Дж. Кэнтон считает, что использование нанотехнологий приведет к следующим переменам в жизни общества:
• Потребительские и промышленные товары станут более долговечными, качественными и компактными, а вместе с тем и более дешевыми.
• Медицинское обслуживание будет более доступным н эффективным. Появятся новые лекарственные препараты и диагностические средства. Нанобиотехнология сделает жизнь людей более здоровой и продолжительной.
• Появятся связанные с интернетом устройства, объединяющие функции телефона, телевизора и компьютера. Возникнет глобальная система связи, объединяющая всех, везде и всегда.
• Мир окружающих вещей станет «интеллектуальным» за счет встраивания чипов во все предметы быта и производства.
• Общество станет более свободным и интеллектуальным.
Рис. 12. Прогноз развития рынка продукции нанотехнологии на 2015 год
• Наноэнергетика сделает мир более чистым в результате разработки новых типов двигателей, топливных элементов и транспортных средств.
• Сформируется новая экономика, основанная на нанотехнологиях и нанопродуктах. Е-бизнес (электронно-информационный) уступит лидирующие позиции NT-бизнесу (нанотехнологическому).
• Быстрое развитие нанопромышлениостн потребует коренной перестройки системы образования на всех уровнях.
ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Ключевые технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый век, век пара и электричества, атомной энергии и компьютеров. По мнению многих экспертов, XXI век будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Будем ли мы вовлечены в эти процессы, вопрос не стоит. Воздействие нанотехнологий на общественную жизнь обещает иметь всеобщий характер и затронуть все стороны жизни, быта, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, повысить уровень и качество жизни. Для нас, жителей России, вопрос состоит лишь в том, будем ли мы только потребителями этих благ или созидателями, т. е. будем ли мы за них только платить или будем и зарабатывать на нанотехнологиях.
Хочется завершить краткое изложение основ нанотехнологии оптимистическим предсказанием известного писателя-фантаста - Артура Кларка: «2040 год -будет усовершенствован «Универсальный репликатор», основанный на нанотехнологиях: может быть создан объект любой сложности при наличии сырья и информационной матрицы. Бриллианты и деликатесная еда могут быть сделаны в буквальном смысле слова из грязи. В результате за ненадобностью исчезнут промышленность и сельское хозяйство, а вместе с ними и недавнее изобретение человеческой цивилизации -работа. После чего последует взрывное развитие искусств, развлечений, образования».
ЛИТЕРАТУРА
1. Нанотехнология в ближайшем десятилетни, Прогноз направления исследования / Пол ред. М.К. Роко, P.C. Уильямса и II. Аливатоса. М.: Мир, 2002. 292 с.
2. Головин ЮЛ. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение. 2003. 112 с.
3. Андриевский P.A. Наноструктурные материалы - состояние разработок и применение И Перспективные материалы. 2001. Нч 6. С. 14-23.
4. Фуллсрены - основа материалов будущего / В.И. Трсфнлов. Д.В. Щур, Б.П. Тарасов и др. Киев: Изд-во АДПФ-Укранна, 2001. 148 с.
5. Осипьян Ю.А.. Кведер В.В. Фуллсрены - новые вещества для современной техники // Материаловедение. 1997. Т. I. С. 2-11.
6. Алферов Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетеросгрук-тур И Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32. № 3. С. 3-12.
7. Минкин В И. Молекулярная электроника на пороге новог о тысячелетия. // Рос. Хим. Журнал. 2000. Т. 44. X« 6. С. 3-13.
8. Drcxler Е.К. at al. Unbounding the future: Hie nanotechnology revolution. N.Y.: Quill Books, 1993. 256 p.
9. Regis Е. ami Chimsky Л/. Nano: Тік emerging science of nanotechnology. Little Brown and Co.. 1996. 328 p.
10. Vettiger P. et al. The «Millipede» - Nanotechnology Entaring Data Storage // IEF.F. Transactions on Nanotechnology. March 2002. V. I. № I. P. 39-55.
11. Глик Б.. ПастернакДж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применения. М.: Мир. 2002. 589 с.
12. Дейков Г.В Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели // УФН. 2000. Т. 170. № 6. С. 585-618.
13. Golovin Yu./.. Tyurin A.I.. Farber BY. Investigation of time-dependent characteristics of materials and mcchamisms of plastic deformation on a submicron scale by a new pulse indentation technique // J. Mater. Sci. 2002. V. 37. P. 895-904.
14. Golovin Yu.I.. Ivolgin V.!.. Korenkov V.V., Korcnkova N.V.. Farber B. Ya. Inprovement in the nanoindentation technique for investigation of the time-dependent material properties // Phil. Mag. Л. 2002. V. 82. № 10. P. 2173-2177.
15. Головин Ю.И.. Тюрин А.И. Микро- и наноконтактное взаимодействие твердых тел // Природа. 2003. № 4. С. 60-68.
