سمينار جهت‌گيريهاي نانوتكنولوژي (2001 TNT)

گزارش سمينار به نقل ازاستيولنهارت, مدير سايت nanotech.about.com

7-3 سپتامبر 2001- من به خاطر حضور در TNT 2001 در سگووياي اسپانيا كه بيش از 250 دانشمند و مهندس به منظور بحث در مورد آخرين پيشرفتهاي نانوتكنولوژي در آنجا گرد هم آمده بودند خرسندم . در حاليكه بسياري از كنفرانسهاي علمي در هتلها يا سالنهاي كنفرانس مجلل برگزار مي‌شوند، TNT 2001 در صومعه‌اي به سبك ايزابلينو – گوتيك، به نام " سانتا كروز" برگزار شد. محيط قديمي، محكم و زيباي آنجا اين موضوع را به ذهن من آورد كه انسان هزاران سال ساختمانهاي با شكوهي در مقياس بزرگ ( ماكرو) ساخته است. لذا اين محيط از آن جهت مناسب بود كه ما را به فكر واداشت كه چگونه مي‌توان چنين كاري را در مقياس نانو انجام داد.

در بخش مدرن‌تر كنفرانس موارد جالبي از نانوتكنولوژي شامل الكترونيك، فتونيك, نانولوله‌ها، وسايل مكانيكي ، مدلهاي تئوري ، خودچيدماني و شبكه‌ها و سرمايه‌گذاري ها به نمايش گذاشته شده بود. من در اينجا به طور مختصر صحبت مي‌كنم كه چرا هركدام از موارد بعنوان يكي از شاخه‌هاي علم نانوتكنولوژي درآمده‌اند.

1-1- الكترونيك

شكي وجود ندارد كه صنايع ميكروالكترونيك به زودي مجبور خواهد بود با طبيعت محدود ماده در مقياس نانو كار كنند . اين مشكل بزرگ, كه در صنايع نيمه‌هاديها به "خط قرمز" معروف است, باعث شده است تا فعاليت زيادي براي درك رفتار الكترونيكي مقياس نانو و فراگيري فرآيندهاي مناسب نانو ساختن و توسعه معمارهاي نوين كامپيوتري صورت گيرد. در حالي كه فرآيند سيليكوني " بالا به پايين" با سرعت ثابت بين 5 تا 10 سال ترقي يابد، انتظار مي‌رود كه نانوالكترونيك يك نمونه جديد از محاسبات را ارائه نمايد و اين مورد يكي از كاربردهاي داغ و مورد توجه نانوتكنولوژي است.

1-2- فوتونيك

مواد با فاصله باند فوتوني ( PBG) كه در آنها الكترونها توسط فوتونها جابجا مي‌شوند به نيمه‌هاديها شباهت دارند. همانگونه كه در نيمه‌هاديها ميتوان الكترونها را بين مناطق آغشته(نوع N يا P) انتقال داد، با ايجاد ساختارهاي متناوبي از مواد PBG كه ثوابت دي‌الكتريك متفاوتي دارند، مي‌توان جرياني از نور را از درون اين مواد هدايت كرد.فاصله تناوبي اين ساختارها بستگي به طول موج شعاع نوري دارد كه از PBG عبور مي‌كند؛مثلاً اين طول موج براي نور مرئي چند صد نانومتر مي‌باشد. اين مواد تقريباً يك كشف جديد هستند و گستره كاربردي وسيعي را از ديودهاي منتشركننده نور ( LED) گرفته تا كامپيوترهاي كوانتومي دارا مي‌باشند.

1-3- نانولوله هاي كربني

10 سال پيش سوميو ليجيما (يكي از شركت‌كنندگان TNT 2001 در حال حاضر) دريافت كه تعداد انواع نانولوله‌ها ( و مواد مربوط به آنها) همانند موارد كاربرد آنها بسيار گسترده و زياد است. بعضي از اين كاربردها كه در كنفرانس مورد بررسي قرار گرفتند، عبارتند از: ميكروسكوپي پروب اسكن‌كننده ( SPM) ، نمايشگرهاي انتشارميداني، نانومدارها و حتي كاتاليست‌ها. نانولوله‌ها با كاربردهاي فراوانشان مي‌توانند بعنوان چرخها و عوامل حركت رو به جلوي نانوتكنولوژي مورد استفاده قرار گيرند. با توجه به اندازه نانومتري اين لوله‌ها، اختراعات زيادي ممكن است در مسير تحقيق و توسعه آنها به وقوع بپيوندد.

1-4- وسايل مكانيكي

درحاليكه مهندسين مكانيك عادي نمونه‌هايي از وسايل مكانيكي چون اتومبيل‌ها، لوله‌ها و ساعتها و ساير ماشينها را به نمايش گذارنده‌اند، ميكرومكانيك و نانومكانيك در سوي ديگر در حال ساخت فــراورده‌هاي جديــد مي‌باشند يك نمونــه از كاربردهـاي سيستم‌هاي ميكرومكانيكي ، يك تيرك موئين ( Cantilever) مي‌باشد. تيرك موئين (به عنوان يك جزء كليدي در بسياري از انواع SPM ها) در مقابل نيرو آن‌قدر كم خم مي‌شود كه مي‌توان به كمك آن تصاويري با دقت نانومتري تهيه كرد. هرچند SPM يكي از موفقترين نمونه‌ها در زمينه ميكروماشينهاست. ماشينهاي ديگري نيز در اين زمينه كاري وجود دارند؛ مخصوصاً دو مورد عملي آن: سنسورهاي بسيار حساس ،و قابليت انتقال دقيق دارو به مواضع خاص بدن.

1-5- مدلهاي تئوري

شبيه‌سازي رياضي و كامپيوتري نانوسيستمها احتياج به تركيب منحصربفردي از مكانيك كوانتومي و مدلهاي كلاسيك دارد. در آغاز ( يعني هنگامي كه داده‌هاي عملي و تجربي وجود ندارد) مدلهاي مكانيك كوانتومي به قدرت كامپيوتري بسيار بالايي احتياج دارد، و اين امر به شدت اندازه سيستم را محدود مي‌كند. با سوپر كامپيوترهاي امروزي مي‌توان مدلهاي مكانيك كوانتومي در حدود 50 اتم را به دقت شبيه‌سازي كرد. ( البته نانوتكنولوژي نيز خود به توسعه كامپيوترها كمك خواهد نمود) از طرف ديگر ، مدلهاي كلاسيك ممكن است اثرات مهم كوانتومي را كه باعث پديدارشدن خواص منحصر بفرد ابزارهاي نانومتري مي‌شود، ناديده بگيرند. توسعه كارايي و دقت مدلهاي رياضي نانوسيستم‌ها يك تلاش ضروري و نتيجه بخش مي‌باشد.

منبع:nanotech.about.com