_CLOCK_

 

 
  纳米理论

超双疏材料

纳米与仿生学

纳米产业

纳米与生活
白春礼院士中央电视台谈纳米
视频下载观看>>
白春礼-走进纳米世界演讲
MP3下载收听>>

第二章

第一节 纳米科技的溯源(1)
 

1905年春天,爱因斯坦(A. Einstein)写信给他的同事康拉法·哈比希特,透露自己在这一年中将做4项工作,其一是要测量出分子的真正大小。在4月30日提交的博士论文中,他设计了一种新的测量分子大小的方法,估计出一个糖分子的直径约为1纳米,首次将纳米与分子大小挂上钩,并证明了分子的存在。这是20世纪初物理学界十分关注的问题之一。
爱因斯坦在该博士论文中设计了一种利用阿伏伽德罗常数来测量分子大小的方法。当爱因斯坦将这篇论文交给他的导师苏黎世大学的阿佛雷德·克莱纳教授时,这位教授因为论文过短而拒绝接受,
爱因斯坦只好加了些段落,论文才得以通过。爱因斯坦可能怎么也想不到,他的这篇博士论文竟会是一个世纪后发展起来的纳米科技的一个源头。


1959年12月,美国物理学家费曼(Richaid Feynman)在加州理工学院召开的美物理学会会议上作了一次富有想象力的演说“最底层大有发展空间”。他指出“倘若我们能按意愿操纵一个个原子,将会出现什么奇迹?” 他说“我想谈的是关于操纵和控制原子尺度上的物质的问题,这方面确实大有发展潜力——我们可以采用切实可行的方式进一步缩小器件的尺寸。我不打算讨论我们将如何做到这一点,而只想谈谈原则上我们能做些什么。……现在我们还没有走到这一步仅仅是因为我们没有在这方面花足够的时间和精力。”
费曼的这些想法即使在当时的科学界都认为是科学幻想,可谁能知道在30年后,他这次历史性的演讲,不仅预测了纳米技术将会崛起, 而且变成了现实。
比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的显微镜
长期以来人类就有一个幻想:希望能直接“看”到原子,而不是采用X衍射方法,通过X衍射图的分析间接地看到原子。直至20世纪80年代初除了个别情况外原子还是不能直接被“看”到。这个幻想在1981年由于扫描隧道显微镜(STM)的发明终于成为现实。
故事发生在瑞士苏黎世的IBM实验室内,德国博士生比尼格(Binnig)在罗勒尔(Rohrer)教授的指导下,正在做博士论文研究导体间的电子隧道效应问题。带偏压(电压差)的两个平板导体间只要不接触是不会有电流流过的,可是当这两个导电平板靠得很近,相隔小于1个纳米时,即使不接触,也会产生电流,电子尤如”崂山道士”穿”墙”而过,故而称作隧道电流。并且这种隧道电流是随着间距的减少而指数上升的。这种现象就是量子力学中的隧道效应。
这种对于两个导体间距十分敏感的效应有没有可能成为显微镜成像的原理呢?答案是肯定的。关键的一点是他们把一个平板导体替换为一个很尖的导电针尖,再让这个针尖对另一个平板导体(样品)作两维扫描。
正像电视显像管中电子束扫描一样,同时记录下每个扫描点相应的隧道电流,而这个电流是直接与表面高低起伏有关的,即与表面形貌有关的。这样一来测量平板间隧道电流的实验装置就变成了观察表面形貌特征的显微镜了!这就是比尼格和罗勒尔发明的扫描隧道显微镜(STM)。由于针尖可以做的很细、很尖,其顶端甚至只有一个原子(图2.3.4),所以STM有原子级的分辨率,可以观察到物体表面单个原子。实现了人类直接“看”到单个原子的愿望!这是迈向纳米技术重要里程碑。比尼格和罗勒尔也因此获得了1986年的诺贝尔物理奖。
依格勒实现了单原子的操纵
1989年在美国加州的IBM实验内,依格勒博士(D.Eigler)采用低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子,STM的针尖成了搬运原子的”抓斗”,在一个位置上抓起一个原子,移动到另一个预先设计好的位置上,再放下该原子。重复这样的步骤,依格勒将35个氙原子排布成了世界上最小的IBM商标,实现了人类另一个幻想——直接操纵单个原子。原理上这也是实现了费曼的设想:按人的意愿排布一个个原子来构建纳米器件。依格勒博士进一步操纵单个铁原子排布成一个圆圈——量子栅。

前 言

第一章 纳米革命—前言

第一节我们生活在新时代


第二节二十一世纪科技三剑客

第三节 改造自然界的全新理念

第四节 用纳米科技改造世界


第二章 纳米科技从幻想到现实


第一节 纳米科技的溯源(1)

第二节 纳米科技的溯源(2)

第三节 纳米科技的溯源(3)


 

汉雄科技版权所有 2009
Copyright 2009 Hanxion Technology Co., Ltd. Email:hanxion@126.com
  | 法律声明 | 联系方式 | 人才招聘 |