Третьяков Ю.Д. Нанотехнологии. Азбука для Всех
Подождите немного. Документ загружается.
ТЕОРИЯ
ОБОРВАННЫХ
СВЯЗЕЙ
(SurJace
BondContraction)
Е
с
л
и
бы
бога
не б
ы
л о
,
то
е
г
о
С
ТОИЛО
бы
вы
д
умат
ь'
В
о
л
ьтер
Давайте
пре
л
сг
а
вим
,
'по
атомы
,
например
,
зо
ло
та
-
эт
о
м
аленькие
липкие
шарики
.
Возь
ме м
в
руки
несколько
сотен
таких
зо
лотых
ша
рик
о
в и
сожмем
их вместе
-
так
мы
получим
наночаетииу
з
о
л
о
т
а
.
В
те
х
местах,
где
шарики
боками
соприкасаю
тся
друг
с
др
угом
,
они
с
лип
нутся
,
обр
азуя
химические
свя
зи
.
При
э
т
о
м
к
а
к
ое-
т
о
количество
шариков
будет
нахо
ди
ться
внутри
ч
астицы
,
со
всех
сторон
плотно
окру
женное
сосе
дями
-
эт
о
коор
динационно
-насы
щенные
а
томы
,
а
к
акое
-то к
о
л
ич
е
ст
в
о
распо
л о
ж
и т
с я
на
поверхнос
ти
,
оставая
сь
С
одного
б ока
св
о
б
о
дн
ы
м и
.
Поскольку
т
а
к
и
х
коорпина
цион
но
-н
ен
а
сыш
енных
повер
хностны
х
атомов
много,
то
снаружи
н
а
ночастица
будет
л и
п
ко
й,
Т
.
е
.
р
е
акци
онн
о
способн
о
й
.
Она
бу
дет
л и
п
н
ут ь
8
к рук
ам
,
при
лип
а
ть к
поверхности
с
т
о
л
а
,
на
ко
торый
вы
ее
положи
те
,
при
тягивать
к себе
вс
який
мел
кий
м
у
с
о р
.
Легко
заметить
,
что
чем
выше
до
ля
та
к и
х
поверхнос
тных
ш
ариков
,
т
е
м
реакционноспо
собнее
частица
И
т
е
м
больше
«
м
у с
о р
а»
он
а
сможет
на
себя
собрать
.
А
можно
л и
ко
личествен
но
оценить
степень
л и
п
к
о
ст
и
нашей
вымышленной
ч
астицы
,
ин
аче
говоря
,
вклад
поверхнос
тных
атомов
в ее
реакционную
способность
?
Для
этого р
азр
або
т
ан
п
од
хо
д
,
н
азыв
аемый
те
о р
и
е
й
оборв
анных
свя
зе
й
.
Эт
о
м
е
т
од
описа
ния
и
пр
е
д
сказания
специфических
свойств
вешес
тв
в
нано
дисперсном
с
о
ст
о
я
н
и
и
,
осно
ванный
на
сравнении
ст
епени
химической
свя
занности
а
томов
и
ли
мо
лек
ул
на
поверхности
и
в
объеме
т в
е
рд
о
г
о
т
е
л
а
.
Меньшее
чис
л
о
химически
связа
нных
сосе
д
е
й
у
поверхно
стною
и
ли
приповерхностною
атома
приводит
к
ег
о
меньш
ей
с
в
яз
а
н
н о
ст
и
с
объемом.
При
э
т
ом
ост
авшиеся
связи
несколь
ко
упрочняются
,
поскольку
уменьшение
коор
д
и н
а
ц
и о
н
н
о
го
чис
ла такого
атома
приводит
к
уменьшению
его
радиуса
.
О
днако
по
мере
уда
ления
от
поверхности
ра
зличие
в
прочности
связи
атомов
быстро
убывает
.
Вклад
поверхностных
атомов
в
свойства
'/
а
стицы
определяется
не то
лько
соо
тношением
э
н
е
р
г
и
й
взаимодействия
атомов
н
а
поверхнос
ти
и
в
объеме
,
но
и
д
ол
е
й У
;
поверхностных
а
томов
,
которая
уве
личивается
с
уменьшением
размера
частицы
.
До
ля
а
то
м
о
в
на
;
-
м
от
поверх
ности
ат
о
м
н о
м
сл
о
е
сферической
частицы
мо
же
т
бы
ть
рассчитан
а
из
геометрически
х
сооб
ражени
й
(з
аинтересованный
чи
татель
легко
в
э
т
о
убе
дится
самостояте
льно)
.
Экстенсивные
НАНОТЕХНОЛОГИИ
с
войства
н а
н
оч
а
стицы
,
т.
е.
пропорцион
ально
зависящие
от
ко
личества
вещес
тва
,
опре
де
ля
ются
соо
тношением
в
ней
поверхностных
а
то
мов
и
атомов
в
о
бъеме
,
причем
свойс
тва
пер
вых
меняются
по
мере
у
д
аления
ОТ
поверхнос
ти
части
цы
,
приближаясь
к
свойс
тв
ам вторых
.
Вклад
ато
мов
р
азно
ю
т
и
п
а
Б
у
ле
льную
вели
чи
ну
некоторого
сво йс
тв
а
q
(рассчи
танную
на
о
дин
а
том)
,
опре
д
е
л яется
ура
внением
«1
)1
q (D ) =qo + I Yi '
(
qг
qo),
1=1
в
ко
тором
D
с
оотве
тс
твуе
т
р
азмеру
ч
а
с
т
и
ц
ы
,
s -
числу
с
лоев,
qo-
ве
личине
сво
йства
внешнего
с
лоя
.
Поня
тно
,
ч
т
о
ко
личе
ство
с
лое
в
s
опре
де
л
я е
т
с я
р
а
змером
час
тицы
П
.
Эт
от
прос
той
по
дход
по
зво
ляе
т
у
довлетво
ри
тс
льно
описать
ИЗМСНСНИС
мно
гих
СБОЙС
ТВ
С
умсн
ьшснием
ра
змера
ч
астиц
.
Так
,
ес
ли
Б
к
а
ч е
ст
в
е
ве
личины
q
рассматрив
а
ть
те
м
п
е
р
а
ту р у
п
л
а
вл
ен
и
я
наночас
гиц
,
т
о
можно
110С
Т
РОИ
ТЬ
з
а
Б
И
С И
М
О
СТ
Ь
их
т
е
п
л
от
ы
п
лавления
от
размера
,
необхо
димую
при
формировании
нан
о
керами
к
и
и
з
наНОПОр
ОШК
08
.
З н
а
н
и
е
зави
симости
э
н
е
р
гии
оптических
перехо
дов
о
т
р
азмера
нанок
рис
талла
д
а
ет
во
зможнос
ть
акк
у
рат
н
о по
дбира
ть
ус
ловия
син
те
за
наноч
астиц
,
светящихся
в
крас
ной
,
синей
и
ли
з
ел
е
н
о й
об
ластях
соответс
твен
но.
Аналогичные
з
а в и
с
и
м
о
ст
и
можно
вывес
ти
дл
я
и
зменения
ма
гни
тно
го
момент
а
,
д
и
эл
е
кт
рической
проницаемост
и
,
микро
твер
лости
,
реакционноспособнос
ти
и
мно
гих
д
р у
г
и х
свой
ств
нанечастиц
.
Ли
т
ер
а
т
ур
а
1. Zhong
WH
., Sun C.Q.,
Т
а
у
В-К.
J.
о
С
Phy'ics-Condenscd Matter. 2002, 14(23).
Р
.
399
-405
.
..
.
299
rОНКИЕПЛЕНКИ
(ТhinFilms)
Ч
ем
тоньш
е
л
ел,
те
м
бо
ль
ше
хочется
вс
е
м
убе
Д
И
1
Ъ
С
Я
,
вы
пе
ржиг
Л
И
О
Н.
Г
е
н
р
и
Ш
о
у
Т
он
к
и
е
пленк
и,
с т
о
ч
к
и
з
ре
н и
я
фи
зики
,
пр
е
д
ставл
я
ют
собой
по
кры
ги
я
,
имеюш
ее
м
а
лую
тол
шин
у и
бо
льш
о
е
от
н
оше
н
и
е
п л
ощад
е
й
пов
ерх
н
ости
к
об
ъ
е
му.
Т
онк
о п
л ен о
чные
ма
т
ери
а
лы
проя
вл
яю
т
с в
о йст
в
а
дв
у
ме
р
н
ых
си стем
.
Тонкие
пл
енки
,
т
ол
ш
и
на
ко
торых
п
о
ряд
ка
неско
льки
х
д
еся
тков
на
н
о
мет
р
ов
(их та
к
ж
е
н
азыв
ают
н а
н о
пл
е
н
к
а
ми)
,
с
ущес
т
в
енно
от
л и ч
а
ют
с
я п
о
свой
с
тва
м
от
м
а
ссивных
обр
а
зцо
в
.
О
дним
из
об
ш
с
и
звес
тных
примеров
та
к их
п
ленок
я в
ляются
м
он
омол
еку
ля
рн
ы
е
пленк
и
мо
ю
щих
сре
д
с
т
в
(по
верхностно-активных
веществ)
,
остаюшихс
я
на
поверхнос
ти
по
м
ы
т
о
й п
о
су
д
ы,
а
та к
ж
е
п
л
е
н
к
и
,
по
зво
ля
ю
щи
е
н
аб
лю
д
а
ть
обра
зование
мы
льных
п
уз
ырей
.
Покры
ти
е
мате
р
и
ала
п
л
ен кой
т
олщ
и
ной
в
с
е
г
о
В
о
д
ну
мо
леку
л
у
ил и
неско
лько
а
том
ны
х
с
лоев
ла
ет
во
змо
жно
с
ть
р
адик
ально
и
зм
е
нить
его
п
о
ве
р
х
н
ост
н
ые
свойс
тва
-
увел
и
ч
ить
с
т
аби
льно
сть
,
поверхн о
с
т
ное
н
ат
яже
н
и
е
,
улу
ч
ши
ть
меха
ни
че
с
к
ие,
алс
о
р
бц
и
о
н
н
ы
е
и
ли
алг
с
з
ио н н
ы
с
свой
ст
ва.
Вы
сока}!
аагез
и
о н
на
я
с
пособнос
ть
наноп
ле
нок
к
ра
зл
и
чным
ма
териал
ам
часто
испо
ль
зу
е
тся
дл
я
со
з
дания
цокрытий
.
химически
з
а
щ
и
ща
ю
щ
и
х
м
а
т
ери
а
л
,
об
еспе
чиваю
щих
хорошее
ско
льжен
и
е
,
п
р
ед
огв
раш
а
ю
ш
и
х с
лип
ани
е
ме
л
ких
час
тиц
в
ко
л
лои
д
ном
р
ас
творе
(с
таби
ли
за
ции
э
м
ул
ь с
и
и
И.1И
з
ол
я
)
И
т
.д
.
К
за
щ
и
т
н
ы
м
на
ноп
ленкам
мо
гут
бы
т
ь
о
тнесены
и
окси
дные
п
ленки
н
а
поверхности
м
еталл
о
в
,
пре
до
твра
щ
а
ю
ш
и
е
их
дал
ь
н
е
йш
ее
о кис
ление
,
причем
в
р
я
д
е с
л
у
ч
аев
т
а
к
и е
п
ленки
обра
зуются
само
прои
зво
льно
(оксидная п
ленка
н
а
поверхнос
т
и
ал
ю
м
и
н и
я
)
,
а
в
ряпе
с
луча
ев
их
обра
зо
ванис
требуе
т
с
п
ец
и
ал
ь
н о
й
обр
аботки
и
з
д
ел
ия
(пасси
виро
ванис
ж
е
ле
за)
.
Тон
ки
с
п
ле
нк
и
фор
мирую
т
как
н
а
основе
ор
ганически
х
п
о
ве
р
хн
о
с
т
н
о
-
а
кт
и
в
ных вещ
е с
тв
(см
.
Самособираюшиеся
монослои
.
Пленки
Ленгмюра
-гБядджетту
.
т
а
к и
на
нося
т
о
н
к
и
с с
лои
кри
ст
ал
ли
ч
еских
неорганических
м
а
тери
алов
,
Нанесе
ни
е
т
о н
к
ой
пл
е
нк
и
к
р и
сталл
ич
е
с
к
о
г
о
вешества
на
монокрис
тал
ли
ческую
по
д
лож
ку
,
кри
с
тал
ли
ческ
ая с
тр
уктура
к
о
торой
бли
з
ка
с т
р у
кту
р
е
наносимо
го
вещ
ес
тва
.
по
зво
ля
ет
н
а
бл
юда
ть
явление
т
.
н
.
э п
и
т
а
к с
и и
-
ориен
т
и
р
ов
а
н
и я
крис
т
а
л
ли
тов
наносимой
п л
енки
в
соо
тв
етс
твии
с
ори
ен
т
аци
е
й
монокрис
т а
л
л
а
подл
о
ж
к и
(рис
.
1).
При
уве
ли
ч
ении
т
ол
щ
и
н
ы
п
ленки
и
з
-
з
а
накоп
л
ения
р
аз
личных
про
тя
женных
д
е
ф
е
кт о
в
(пр
е
жд
е в
сег
о,
д
и
сл
о
к
а
ц и
й
)
э
п
и
т
а
к
с
и
я
п р
о
пада
ет
.
а
в т
о
н к
о
й
(нано)
плен
к
е
она
обус
лов
лива
е
т
ря
д
ин
тересны
х
и
но
л
е
з
н
ы
х
особеннос
тей
.
Т
ак
,
в
з
аимо
д
ейс
твие
про
т
ек
ающе
го че
р
ез
с в
е
рх
п
р
о
в
одяшу
ю
н
аноп
л
е
н к
у
тока
с
пов
срхно
с
тью
р
а
з
де
л
а
п
ле
нк
а
/
по
д
л
ожка
(
т
ак
н
азывае
м
ы
й п
и н
н
и
н
г
м
а
гнит
ных
вихрей)
по
зво
ляе
т
ПО
ЛУ
'!а
ТЬ н
а
т
о
нк
и
х
300
• • •
Ри
с
.
~
.
Э
п
ита
к
си
ал
ь
н
ая
то
н ка
я
пле
н
к
а
с
ве
рх п
ров
о
дн
и к а н
а
м
оно
к
ри
ст
а
м
ич е
ск
ой
подло
ж
ке
п
ленк
ах
критические
т
о
к
и,
не
пос
тижимые
ни
н
а
монокрис
т
ал
лах
,
ни
на
кер
амических
об
р
а
зп
ах
.
д
ля
ря
да
соелинении
в э
л и
т
а
к
с
и
ал
ь
ных
п
ленках
могут
реализовыва
ться
крис
т
ал
л и
ч е с
к и
е
струк
туры
,
не
существующ
ие
в
об
ъемн
о
й
форме
.
Неор
г
анические
тонкие
п
ленки
и
пок
рытия
по
луч
ают
р
азличными
мето
д
ами
,
ко
торые
мо
ж
но р
а з
де
лит
ь
н
а
д
в
е
большие
группы
:
химиче
ски
е
-
х
и
м
и
ч
е
с
к
ое
осаждение
и
з
пароной
фа
зы
м
е
т
алл о
р
г
а
н и
ч
е
с
к
и
х
сое
динений
(МОСУО
-
Metal
Ощапiс
Chemieal Vapor
Deро
sitiоп)
,
по
лу
ч
ен ие
пле
нок
Ленгмю
р
о-Ъюдж
е
тт
и
т
.
д
.
:
и
фи
з
и
ч е
с
ки
е
-
мето
ды
т
е
р
м
и
ч е
ск
о
г
о
напыления
,
импу
льсного
л
аз е
р
н
о
г
о н
апы
ления
(PLD - Pul-
sed Laser
Dероsitiоп).
эл
е
ктр
о
н
но
-лучево
го
ис
парения
(Песпоп
Ве
ат
Evaporation),
м
агнет
ронного
напы
ления
(Magnetron Sputtering) ,
"
t
оле
hJ
'
ля
р
//
о
-
л
}'
ч
ев
о
й
э
пи
т
а
кс
и
и
и
др
.
К
а
к
пр
а
вило
,
дл
я
оса
ждения
п
ленок
фи
зически
ми
ме
то
дами
н
е
о
б
х
о
д и
м
высокий
в
акуум
.
Сего
дня наноп
лен
ки нахо
дя
т
ис
ключите
ль
но
широкое
пра ктическое
применение
в
пере
до
в
ы
х
техно
логиях
про
и зво
лств
а
м
а
териалов
и
покрытий
,
в
первую
очерепь
в э
л
е
к
тро
н
и
к
е
(ге
тероструктуры
.
тра
н
зис
торы
.
м
ик
р
озл
ек
т
роме
ханические
системы
и
нанозлектромеханичес
ки
е
сист
емы
,
устройства
гиган
тского
м
а
г
н
е
т
о
с
о
п рот
ивл
е
н ия
11
многие
д
ругие
),
хи
м
ическ
их
се
н
сорах
(нан
осен
сорьп
,
оптических
материалах
,
а
также
ДJlЯ
повышения
и
зносос
тойкост
и,
кор
ро
зионной
стойкост
и
,
у
лучшении
магнит
ных
и
э
л
е
кт
р
и
ч е с
к
и
х
характер
и
ст
ик
материалов
,
ИС
пользуемых
в
ави
ационной
и
космической
тех
нике
,
машиноетроении
и
ме
дицине
.
л
и т
е
р
а
т у
р
а
1.
Хенней
Н
.
Хи
ми
я
тв
е
р
дою
те
ла.
М
.
:
Мир
,
1971.
2. K/lombI,o A.B.,
П
ре
сня ков
И
.А
.
,
Гр
еть
я
к
ов
ю
д
.
Хим
и
я т ве
рд
ог
о
тел
а
.
М
.
:
Ак
ад
ем
ии
,
2006.
АЗБУКА
А/\Я
ВСЕХ
ЗО:!.
ТРАНЗИСТОР
(Trallsistor)
Н
е
з
н
а
й к
и
н
.
-
О
дним
СЛ
О
ВО
М
,
тра
н
з
исто
р
прсд
ставая
ет
с
обо
й с
в
оеобра
зн
ый
буте
рб
ро
д
113
д
в
ух
т
о
л
ст
ы
х кус
кои
хле
б
а,
ме
жду
кото
р
ым
и
по
лож
ен
т
о
не
н
ь
к
и и к
ус
оч
е
к
ве
тч
и
ны
.
Пюб
о
з
н
а
й
кин
.
- Д
а
,
есл и
хо
че
ш
ь
.
э
т
о
та
к
.
Е
.
А
й
с
б
ер
г
.
«
Т
р
а
нзи
с
т
о
р
?.
Э
т
о о
че
н
ь
просто
»
П
л
о
тин
а
Гувера
(
Н
е в а
д
а,
ш
т
а
т
Ари зон
а
)
Т
ермин
«т
ра
н
з
и
ст
о
р
»
(о
т
ан
г
л
.
fran
sjer
-
пс
реносить
и
resiSlOr-
сопротивяеиие)
о
значает
тре
х э
ле
к
тро
дный
по
лупрово
дниковый
э
л
е
к
т
ронны
й
прибор
.
в
кот о
р
о
м
ток
в
цепи
дв
ух
302
эл
е
ктро
до
в
управляетс
я
тре
тьим
.
де
йствие
тран
зистора
можно
сравнить
с
д
е
й
ст
в
и
е
м
плотины
,
которая
,
перегора
жив
ая
реку
(постоянный
ис
т
о
ч
н и к
)
,
со
з
дает
переп
ад
уровней
воды
.
Затра
чивая
очень
небо
льшую
э
н
е
р
г
и
ю
на
вертикаль
ное
персмешение
затвора
,
мы
можем
упр
авлять
потоком
во
ды
огромной
МОЩНОСТИ
,
т
.е
.
энер
гией
мощного
постоянного
источника
.
Первый
ц
с
й
с
т
в
у
юш
и
й т
р
а
нз
и
ст
о
р
был
со
зд
а
н
группо
й
ученых
лабор
а
тории
Bell Labs
(У
.
Шокли
,
Дж
.
Бар
дин
и
У
.
Бр
а
ттейн)
в
1947
г
.
и
официально
пре
п
с
тавлен
ими
23
д
е
к
а
б
р
я
тою
же
го
да
.
С
тех
п
ор
именно
э
тот
д
е
н
ь
считает
ся
днем
открытия
транзистора
,
н о л
и
ш
ь
в
1956
го
д
у
его
ра
зработ
чик
ам
бы
л
а
прис
ужден
а
Ноб
елев
с
к
ая
премия
по
физике
«з
а
исс
ле
дования
110-
лупроволни
ков
и
о
т к р
ы
т
и
е
тр
а
нз
и
ст
о
р
н
ог
о
э
ф
фе
к
ста»
.
Ин
тер
есно
,
что
Дж
.
Б
ар
дин
вскоре
бы
л
у
д
о
сто
е
н
Ноб
е
лев
ской
пр
емии
во
второй
р
а
з
з
а
со
з
дание
теории
свер
х
про
во
димости
.
С
ле
д
уе
т
отм
етить
,
ч
то
пар
аллельно
с
США
к
созд
анию
тран зисторов
в
то
вре
мя
в
п
л
от
н
у
ю
п
р
и
бл
и
з
и
лис
ь
очен
ь
многи
е
ст
ра
н
ы
,
по
э
тому
с
полно
й
у
ве
ре
н
н о
ст
ь
ю
можно
говорить
,
'по
-
тр
а
н
з
и
с
тор
-
д
и
т
я
многих
ро
пите
лей
»
.
В
структуре
любого
транзистора
ес
ть
три
выво
да
-
э
т
о
база
(з
атвор)
,
э
м
и
тт
е
р
(исток)
и
кол
лектор
(сток)
(рис
.
1).
Упра
вление
т
о
к
о
м
в
выхо
дной
цепи
осу
ще
ствл
яется
л
и б
о
за
счет и
з
менения
вхо
дного
т
ока
,
либ
о вхо
дного
напря
жения
,
При
эт
о
м
д
аж
е
небо
льшое
варьирова
ние
ВХОДНЫХ
ве
личин может
приво
дить
к
существенному
и
зменению
вы
хо
дного напря
жения
и
ток
а
.
Принцип
р
аб
оты
тр
а
н
з
и
с т
о
р
а
во
многом
по
хо
ж
н
а
принцип
д ей
ст
в и я
т
а
к
о
г
о
ненотъхиохогии
Ри
с
.
2.
Транзистор
на
осно
ве
УГАерод
ных
н
ан
о
тр
убок
Квантовые
компью
теры).
Уже
с
е г
од н
я
ра
зра
ботка
новых
фу
нкцион
альных
нанома
тери
алов
по
зво
ля
ет
шагнуть д
ал
е
к
о
з
а
пре
делы
тр
адИЦИОН
НОЙ
ПО
ЛУПРОВО
ДНИКОВОЙ
те
х
н
ол о
г
и
и И
ЗГОТОВ
л
е
н
и я
т
ра
нз и
ст
о
р
о
в
.
Все
современ
ные
жи
дко
кристалличсскис
пане
ли
(см
.
Жидки
е
кристалльп
построены
по
т
а
к
н
азываемой
схеме
TFТ
(Thin
Film Transistor-
то
н
копленочный
транзис
тор)
.
ко
гд
а
каждый
пиксе
ль
управля
е
тся
ин
д
ив
и
д
уал
ь
н
ы
м по
ле
вым
т р
а нз и
ст
о
р
о
м
,
з
ат
в
о р
ко
т о
р
о
ю
сое
динсн
С т
о
н
к
о
пл
е
н
о
ч
н
ы м
ко
нденса-
КОНТАКТЫ
УГЛЕРОДНАЯ
НАНОТРУБКд
5i
ЗАТВОР
т
о
р
о
м
.
Перспек
ти
вны м
м
ате
ри
ал
о
м,
ко
торый
п
оз
в
ол ит ра
зраба
тыв
а
ть
«
г
и
б
к
и
е
д и
с
пл
е
и»,
яв
л
я
ют
с
я
п
о
л
уп
р о
в
од
н
и
к
о
в
ы
е
по
лимеры
.
Бо
ль
шие
н
адежды
во
зла
гаю
т
на
ис
поль
зование
в
качестве
канала
тр
а
нз
и
ст
о р
а
п
олу
п р о
в
од н и
к
о
вых
н
а
н
оп
р
о
в
о
л
о
к
,
поско
льку
современные
тс
х
н
ол ог
и и
приго
то
вл
ения
н
анопрово
лок
уже
д
о п
у
с
к
а
ю
т
их и
н
т
е
г
р
а
ц
и
ю
со
стан
дар
тной
к
ремн
иевой
т
е х
н
ол о
г
и
е
й
.
Г
л
авным
конкурен
том
таких
по
лупрово
дниковых
структур
явля
ются
угл
е
р
од
н
ые
нанотр
у
бки
,
об
лалаю
ш
ие
у
ни
кальными
эл
е
кт
ро
н
н
ы
м
и
свойс
твами
(рис
.
2).
Однако
нано
трубки
стр
а
даю
т
о
дним
,
но
очень
боль
шим
не
доста
тком
-
в
за
в
и
с
им
о
ст
и
о
т
д
и
а
метра
и
хиральности
они
могут
об
л
адать как
ме
тал
лическими
,
т
ак и
по
лупрово
дниковыми
свойствами
,
а
контро
лируемый
синтез
трубок
о
дного
т и п а все
еще
ос
тае
тся
до
стат
о
ч
н
о
тру
д
ной
техно
логической
зада
ч
е
й.
С
лс
дует
отметигь
,
ч
то
помимо
р
азновидностей
п
ол
уп р о
в
од н
и к
о
ВЫХ
тр
а
нз
и с т
о р
о
в
ве
д
утся
ра
зрабо
тки
объектов
со
ве
рш
енно
иной
ка
тегории
-
одноэ
л
ектрон
ных
тран
зисторов
,
работающих
на
О
днОЙ
е
дин
с
тв
енной
мо
лек
ул
е
,
а
т
а
к
ж
е
оптически
х
тран
з
и
с
т
о
ро
в
как
основного
э
л
е
м
е
нт
а
д
л
я
ф
отоники
,
в
ко
торых
в
качес
тве
пере
л
ающе
го
з в е
н
а
вы
с
тупаю
т
не
эл
е
кт
ро
н
ы
.
а
фо
то
ны
.
Л
и т
е
р
а т
у р
а
1.
Ай
сб
ер
г
Е.
Тр
а
нз
и
с
тор
?
..
Э
то
оч
ен
ь
про
с
то
!
/
П
е
р
.
с
фр
ан
ц
.
М
.
;Л
.
:
Эне
ргия
,
1963.
(
Массо
вая
рал
ио
биб
лиогека
,
Вы
п
.
4НО)
.
2.
Э
йм
и
шен
Ж
.
-/l.
Э
л
ектр
оника
?
..
Н
ет
н
ич
его
"рощ
е
!
/
П
ер
.
с
фр
а
н
u
.
М
. :
Эне
рг
ия
.
1970.
(
Мас
совая
р
ад
и
об
и
б
ли
отек
а
.
В
ы
п
.
733).
304
НАНОТЕХНОЛОГИИ
ТУННFJIЬНЫЙ
ЭФФЕКТ
(Tunneling
Effect)
-
Теп
ер
ь
ncc
ЯС
II
О
.
-
с
ка
зал
Кро
лик
.
-
ТЫ
за
с
трял
.
-
В
с
е
и
з
-
з
а
т
о
го
, -
с
е
рд
и
т
о
с
к
а
з
ал
Пу
х
,
-
Ч
ТО
выхо
д
с
лишком
у
з
к
ий
!
-
Н
е т
,
вс е
и
з
-
з
а
1'01-0 ,
Ч
ТО
КТ
О
-
ТО
сл
иш
ко
м
мно
го
ес
т!
-
стр
о
го
с
к
а
зал
КРО
ЛИК
.
А
.А
.
МИ
.
т
.
«Винни
-П
у
х
и
вс
е
-в
се
-
вс
е»
да
.
11
дово
льно
неприитную
ситуацию
по
пал
ме
лвежонок
Винни-Пух
,
з
а
с
т
ря
в В у
зком
прохо
де.
Говоря
Я
ЗЫКОМ
фи
зики
,
он
оказался
в
потенциальной
яме
-
не
может
сдвинуться
ни
впере
д
,
ни
наз
ад
.
А
110'1
если
б
мишка
был
кван
товой
частицей
,
у
него
появился
бы
шанс
очу
титься на
свобо
де бе
з
вынужденного
не
де
ль
HOJO
голодания.
Все
д
е
ло
11
том. ЧТО
11
квантовом
мире
происхолит
множество
у
дивите
льных
яв
л
е
н
и
й
,
о
дним
и
з
которых
является
тунне
льный
эффект
.
Туннельным
эффектом
на
зывают
прео
до
ле
ние
частицей
потснциального
барьера
В
с
лу
чае
,
ког
да
ее
по
лная
энергия
(остающаяся
при
этом
неи
зменной)
меньше
высоты
барьера
.
Это
явление
имеет
квантовую
приро
ду
.
так
как
под
ра
зумевает
собой
прохождение
частицы
сквозь
об
лас
ть
пространс
тва,
пребывание
в
которой
з
а п
р
е
ш
е
н о
классической
механикой
,
например
..
.
.:
перескок
электрона
скво
зь
тонкий
слой
ди
э
л
е
кт
р
и к
а,
раз
деляющий
д
ва
проводника
.
В
к
ласси
ческой
фи
зике
частица
не
Може
т
оказаться
11
области
такого
б
арьера
и
тем
бо
лее
пройти
скво
зь него, та
к
как
это
нарушае
т
з
а
кон
сохранения
э
н
е
р
г
и и
.
О
днако
в
квантовой
физике
ситуация
принципиально
д
р
у
г
а
я.
Кван
товая
частица
не л
в и
ж
е
т
с
я
по
какой
-
либо
оп
реде
ленной
траектории
.
Состояние
частицы
(ее
коор
дината
и
импу
льс)
описывается
соотве
т
ствующей
во
лновой
функцией
'1',
фи
зический
смысл
которой
опре
леляется
с
ле
дующим
обра
зом
:
вероятность
нахождения
частицы
в
э
ле
ментарном
объеме
дVравна
1'I'1
2
д v
.
Чтобы
вы
чис
лить
вероятность
нахождения
'!аСТИЦЫ
з
а
потенциальным
барьером,
необхо
димо
решить
уравнение
Шредингера
с
учетом
непрсрыв
ности
во
лновой
функции
на
стенках
барьера
(рис
.
1).
С
уве
личением
высоты
и
ширины
ба
рьера
.
а
также
массы
частицы
вероя
тнос
ть
тун
не
льнего
эффекта
э
к
с
п о
н
е
н ц и
ал
ь
н
о
спадает
,
Т.е.
чем
бо
льше
квантовый
ме
двежонок
Вин
ни
-Пух
се т
.
тем
меньше
у
нею
шансов
ку
да
л и б
о
тунне
лировать
.
ДЛя
качес
твенного
понимания
тунне
льного
эффекта
постаточно
лишь
вспомнить один
и
з
основополагающих
законов
квантовой
физи
ки
-
принцип
неопредеденности
Гей
зенберга
,
который
гласит
,
что
нево
зможно
точно
опре
делить
по
ложсние
и
импу
льс
частицы
одновре
менно.
Таким
образом
,
м
алая
неопре
леленность
коор
динаты
частицы
(с
точностью
до
толщи
ны
барьера)
при
во
ди
т
К
иеопределеннос
ти
се
импульса,
а
слепова
те
льно
,
и
кине
тической
э
н
е
р
г
и
и.
С
о
от
в
е
тст
в
е
н
н
о,
появл
яется
некого
рая
ве
ро
я
т
н
о
ст
ь
прохо
ждения
частицы
скво
зь
по
т
енциальный
барьер
.
Тунне
льный
э
ф ф
ект
широко
в
с
треч
ае
тся
в
приро
де
,
а т
акже
успешно
и
спо
л
ьз
уется
в
со
временных
т
е
х
н
ол
о
г
и
я
х
.
Например, при
ал ь
ф
а-р
асп
ад
е
р
адиоактивных
ядер
тяжелос
я
дро
из
луч
ает
ал
ь
фа
-
ч ас
т и
ц
у
,
сос
тояшую
из
двух
протонов
и д
в
ух
н
е
й
тронов
.
Частице
при
о
т
ры
ве
о
т
ядра
при
хо
ди
т
ся
преодо
левать
барьер
внутри
ядерных
связей
.
Происхо
дит
тунн
с
лиро
в
анне
,
и
мы
н
аб
л
ю
даем
спон
т
ан
ное
ал
ьф
а
-
из
л
уч
е
н
ие
.
Другой
важный
пример
ту
н
н
е
л
ь
н о
го
э
ф ф
е
кт
а
-
процесс
термоядерного
синте
з
а
,
п
ита
ю
щ
и й
э
не
р
г
и
ей
з в
сз
д
ы
.
Сильное
к
у
лонов
ское
отт
алкивани
е
п
р
е
п
я т
ству
ет
сб
ли
жению
яд
е
р
атомов
,
однако
п
од
во
зде
йс
твием
высо
к
их
т
е
м
п
е
р
ату
р и
д
а
вл
е
н
и
й
в
оз
н
икает
вероят
но
сть
их
т
у
н
нел
ирован
ия
.
11
ре
зульта
те
ч
его
п р
о
и с
х
о
д
ит
те
р
м
ояде
р н
ы
й
син
те
з
.
В
п
оследнее
врем
я
че
ловек
научился
исполь
зо
ва
т
ь
тунне
лирование
'!а(,'ТИ
Ц
в
свои
х
целя
х
:
на
основе
ту н
н
е
л
и
р
о
ва
н
и
я
р
або
т
аю
т
тунне
льные
дио
ды
,
нек
оторые
однозяектронн
ые тран
зи
ст
о
ры
,
переключаге
ли
на
основе
ко
лосс
ального
маг
н
ет
осопротивлени
я
,
устройст
в
а
спинтроники
,
интерферснционные
SQUID
-м
аПlетомстры
и
т
.д
.
Наконец
,
не л
ь
зя
не
упомянуть
ска
н
и
рую
щ
ий
туннельный
микроскоп
.
Принцип
его
рабо
ты
.d
а
с с
и
ч
ес
к
ая
о
ФИЭИJ(а
,h
Квантовая
физика
РИС.
:L.
Сх
ем
а
т
и ч
е
ск
ое
п
редс
та
влен
и е
кл
а
с
сич
е
ской
и
кв
а
нт
о в
ой
ф
и з и ч
е
ско
й с
и
туа
ци
й п р
и
в
о зн
и к н
о в е
н
ии
б а рье р
а
на
п
ути
ч
аст
ицы
основан
на
и
змерении
тунн
е
льного
тока,
кото
рый
во
зникает
между
поверхностью
исс
ле
дуе
мого
образца и
тонкой
иглой
,
распол
оженной
н
а
свер
хмалом
расстоянии
.
Ког
да
и
г
ла
нахо
д
и тс
я
непосре
дс
твенно
над
ат
о
м
о
м
,
сила
ту
н
нельного
тока
во
зрастает
.
Таким
образом,
при
помощи
туннельного
микроскопа
у
дается
бук
вально
ощупывать
образцы
и
иссле
довать
атом
ную
с
труктуру
поверхнос
ти
.
л
и
т
е
р а
ту
р
а
1.
Де
лоне
НБ
.
Т
унн
е
ль
ны
й
э
ффе
кт
//
С
оросов
с
к
ий
о б
р
а
зов
а
те
льн
ы
й
журн
а
л
.
2000.
Т
.
6, N?1.
2.
Тр
е
й
м
ан
С
.
Это
т
с
т
ра
н н
ы
й
к ван
товый
мир
.
нии
«
Р
егул
я
р н
а
я И
х
аот
и че
с
кая
д
и
н а
м
и
ка
».
И
же
вс
к
.
2002.
30б
НАНОТЕХНОI\ОГИИ
YfЛЕРОДНЫЕ
НАНОТРУБКИ
(Carbon
Nanotubes)
...
К
апри
з
Чер
т
ежник
и
,
Т
о
н к
о-ажу
р
на
я,
Как
се
тч
а
тый
чу
лок
...
Про
х
о
жи
й
. •
Эй
феле
в
а
б
а
ш
ня
»
Сравн
ени
е ра
зм
еров
угле
ро
дно
й н а
но
трубки
и
Эйф
е
л
е
вой
башни
Великие
ш
е
девры
а
р
х
ит
е
кту
р
ы
можно
встре
т
и
ть
не тол
ько
в
Пари
же
,
но
и
в
наномире
з
а
м
е ч
а
т
ел
ь
н
ы
м
а
н
ал
о
г
о
м
всем
и
зве
с
тной
Эйфе
л
е в
о
й
башни
являю
тся
уг
леродные
н
анотруб
ки
,
ко
торые
в
101
0
р
а
з
меньше
своего
ориги
н
ала
.
Впервые
уг
л еро
дные
нанотрубки
бы
ли
п
олучены
в
1991
году
в
л
а
б
о
р
а
т
о р и
я х
компа
нии
NEC
(Я
пония)
при
распылении
графита
в
эл
е
кт
р
и
ч е с
к
о
й
д
у
г
е
.
П
о
з
д
н
е
е
исследовате
ли
разработали
различные
способы
их
синтеза
и
з
графита
и
углеводородо
в
-
путем
химического
осаждения
и
з
парон
о
й
фазы
в
присутствии
ка
т
ал
и
з
ат
о
р
о
в,
мето
дом
лазе
р
н
ой
аблп
и и
и,
с
ис
пол
ьзо
в
ание
м
темплатов
.
В
з
а
в
и
с
и
м
о
с
т и
о
т
условий
син
т
е
з
а
во
зможно
по
лучи
т
ь
как
од
но
стенные
углеродные
нанотрубки,
похожие
на
очен
ь
тон
кий
и
дл
и
н
н
ы
й
ци
линдр
,
«
с
кл
е
е
н н
ы
й»
..
из
гексагональной
уг
леродной
сетки
(рис
.
1),
так
и
многостен
ные
нанотру6ки
.
После
дние
пре
дставляют
собой
л и
бо
сверток
,
аналогичный
бумажному
сви
тку,
л и б о
набор
одностенных
т
р
уб
,
вст
авленных
д
р
у
г
в
д
р
у
г
а
н
аподобие
ма
т
реш
ки
(рис
.
2).
В
з
а в
и
с
и
м
о
с
т
и
от того
,
ка
к
именно
и
з
графи
товой
плоскости
«
в
ы
р
е
э
а
т
ь
11ОЛОСК
У
"
И
как
ес
свернуть
,
д
и
а
м
е
тр
трубки
может
вар
ьи
рова
ться
в
широких
ирелевах
от
0,4
до
100
нм
,
а
длина
-
от
1
д о
]00
мкм
,
Угле
ро
лине
нанотрубки
облалают
очень
р
а
з
нообраз
ными
свойствами,
д
е
м
о н
с т
р и р
уя
,
не
смотря
на
свою
кажушуюся
хрупкос
ть
и
ажу
р
ность
,
высокую
прочность
на
рас
тяжение
и
изгиб
,
способность
перестраив
аться
по
д
п
ей
ствием
механических
напряжений
,
высоку
ю
п
ро
в
од
и
м
о
ст
ь,
необычные
м агнитные
и
оп
ти
ческие
свойства
(
см.
таб
л
.
1).
Но
пои
стине
уди
вите
льная
особенно
сть
т
а
к и
х
структур
з
а
кл
ю
чается
в
зависимос
ти
свойств
от
структуры
самой
нанотрубки
.
Та
к
.
например
.
вектор
сверт
ки
графито
вой
плоскости
опре
деляе
т электрон
ную
структуру
н
анотрубки
:
бу
д
ет
л
и
она
ме
таллом
или
по
лупрово
дником.
Ри
с
. .1.r
рафи
т
ов
а
я
ПЛОС
К
ОСТЬ
и
м
но
г
о
е
т
е
н н а я
угл
е
родная
нано
трубка
307