Nanostruktury

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Przykłady przestrzennnych nanostruktur

Nanostruktury (grec.- łac. nanostructures) - struktury materialne składające się z elementów, których wielkość zawiera się (umownie) w granicach od kilku do kilkuset nm. Termin "nanostruktury" pojawił się wraz z wynalezieniem przyrządów umożliwiających ich badanie i z rozwojem technologii pozwalających na ich wytwarzanie. Dotyczy to głównie struktur elektronowych wytwarzanych w laboratoriach od lat 80. XX w.; wśród nich rozróżnia się struktury:

W nanostrukturach o dostatecznie małych rozmiarach obserwuje się bezpośrednio efekty kwantowego ograniczenia energii i składowych pędy elektronów.
W strukturach planarnych składających się z wielu warstw półprzewodnikowych, elektrony mogą poruszać się swobodnie w dwu wymiarach (w warstwie nanostruktur), w strukturach liniowych (zwane również drutami kwantowymi) - w jednym wymiarze (wzdłuż drutu kwantowego); w strukturach punktowych (zwanych też kropkami kwantowymi) elektrony pozbawione są możliwości poruszania się (są uwięzione w kropce kwantowej). Obserwuje się też kwantowe efekty tunelowania elektronów (zjawisko tunelowe) przez bariery potencjału oraz kwantową interferencję stanów elektronowych. Nanostruktury planarne otrzymuje się metodą kolejnego nakładania na podłoże monokrystalicznych bardzo cienkich epitaksjalnych warstw materiałów półprzewodnikowych o różnym składzie. Nanostruktury liniowe i punktowe wytwarza się metodami litografii, na którą składają się kolejno:

  • aktywowanie (najczęściej za pomocą wiązki elektronów) materiału maski nakładanej na półprzewodnikowe podłoże;
  • wytrawianie w podłożu przewidzianego wzoru;
  • pokrycie powierzchni warstwą półprzewodnika lub metalu (litografia).

Zarówno do trawienia, jak i do domieszkowania wybranych obszarów podłoża stosuje się zogniskowane wiązki jonów. Obecnie nanostruktury planetarne wytwarza się na skalę przemysłową, natomiast druty i kropki kwantowe - tylko w laboratoriach. Najczęściej do otrzymywania warstw półprzewodnikowych stosuje się osadzanie substancji z fazy gazowej oraz wiązek molekularnych (warstwy epitaksjalne). Poszukuje się innych sposobów masowego wytwarzania nanostruktur; jednym z nich jest powielanie nanostruktur przez odciskanie matryc z tworzyw sztucznych. Otrzymywanie nanostruktur umożliwia konstruowanie takich układów, jak:

może także ułatwić dalszą miniaturyzację obwodów scalonych i elementów pamięci komputerów. Nanostruktury nazywa się również niekiedy produkty molekularnej nanotechnologii, czyli struktury budowane atom po atomie za pomocą programowanej, obecnie jeszcze hipotetycznej fizycznej syntezy. Duże nadzieje wiąże się z możliwościami uzyskiwania nanostruktur w wyniku samoorganizacji cząsteczek, występujących w niektórych układach chemicznych oraz w niektórych stopach metali (np. Alnico). Nanostruktury są obecnie stosowane głównie w dziedzinie elektroniki i optoelektroniki; trwają też intensywne prace badawcze nad ich wykorzystaniem do budowy hybrydowych elektroniczno-biologicznych urządzeń (czujników, stymulatorów, dozowników leków), które byłyby stosowane do celów diagnostycznych lub też wszczepiane pacjentom. Nanostruktury spotyka się też powszechnie w przyrodzie; np. płaskimi nanostrukturami o złożonej warstwowej budowie są błony komórkowe, a liniowymi nanostrukturami - elementy rzęsek bakterii lub pierwotniaków. W końcu XX w. udało się również, dzięki współpracy naukowców z różnych dziedzin, poznać molekularną strukturę biologiczną nanomechanizmów - molekularnych "silniczków", odpowiedzialnych np. za transport jonów przez błony komórkowe.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  1. Encyklopedia G.W.. EU: Mediasat Poland Sp. z o.o., s. 452-454. ISBN 83-89651-46-7.