Akademik

Идеальный процесс создания наноструктур - это сборка атом за атомом, как предлагал Ричард Фейнман (Richard Feynman) в своей пророческой статье 1960 года [1]. С развитием сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) эта фантастическая перспектива стала реальностью. В настоящее время среди различных подходов СЗМ показала себя, как наиболее простой и удобный метод манипулирования атомами. Дополнительное достоинство СЗМ - это то, что его можно использовать не только как исследовательский прибор, но и как инструмент для воздействия на атомы поверхности. Используя межатомные силы между «последним» атомом иглы и атомом на поверхности, а также электростатические силы, действующие со стороны иглы на поверхность, или же токи высокой плотности, можно цеплять атомы к игле, перемещать их по поверхности в нужное место, удалять ненужные, осаждать дополнительные атомы с иглы. Итак, для атомных манипуляций и наблюдения служит один и тот же прибор: можно сначала осмотреть поверхность, выбрать объект для манипуляций, произвести их, а затем проверить результат.

Возможность таких атомных манипуляций была впервые продемонстрирована в 1989 г. группой американского физика Д.Эйглера (см. «квантовый загон»).

Другим инструментом для манипулирования атомами является лазерная ловушка (оптическая ловушка) и ее усовершенствованный вариант магнито-оптическая ловушка. Поскольку свет представляет собой высокочастотное электрическое и магнитное поле, сфокусированный лазерный пучок создает переменное электрическое поле с локальным максимумом. Когда это поле взаимодействует с атомом, оно изменяет распределение электронов вокруг атома и индуцирует в нем электрический дипольный момент. Такой атом будет притягиваться в область локального максимума электрического поля лазерного луча. Другая сила, действующая на атомы в луче лазера – давление света, поскольку атомы, поглощая фотоны, приобретают их импульс и начинают рассеиваться. Для минимизации рассеяния частота излучения лазера должна быть ниже частоты, при которой атомы поглощают фотоны. С помощью лазерных ловушек удалось удерживать атомы испаренных веществ, которые движутся при комнатной температуре со сверхзвуковой скоростью, практически в неподвижном состоянии, т.е. снижать их температуру почти до абсолютного нуля. Это позволило более детально изучать внутреннее строение атомов, и создавать прецизионные атомные часы. За исследования в области охлаждения и улавливания атомов с использованием лазерных технологий Стивен Чу, Клод Коэн-Таннуджи и Уильям Филлипс были удостоены Нобелевской премии по физике за 1997 год. В настоящее время лазерные ловушки и лазерные пинцеты также широко применяются в биологических исследованиях, в частности, для изучения механических характеристик биологических наномоторов.

• Ширинский Владимир Павлович, д.б.н.
• Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.

1. Feynman R.P. There's plenty of room at the bottom // Eng. and Sci. (Calif. Inst. Technol.). 1960. Vol. 23, N 2. P. 22-29
2. Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.
3. Chu S. Laser Trapping of Neutral Particles / Scientific American, 2008 URL: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=steven-chu-laser-trapping-of-neutral&page=7 (Дата обращения: 06.11.2009)