Область наноробототехники в целом можно разделить на две основные области. Первая область касается проектирования, моделирования, управления и координации роботов с наноразмерными размерами (т.е. нанороботов).
Вторая область касается манипулирования и/или сборки нанокомпонентов с помощью макроинструментов или роботов (т.е. наноманипуляторов). В этой области было подготовлено гораздо больше исследовательских работ.
В связи с развитием нанотехнологий и быстрым ростом числа их потенциальных применений становится очевидной необходимость разработки практических технологий для манипулирования наноструктурами и их сборки в функциональные наноустройства.
Манипуляция в наномасштабах все еще находится в зачаточном состоянии, и физические и химические явления такого масштаба еще не полностью изучены.
Электронная микроскопия
Электронный сканирующий микроскоп (ЭСМ) с момента коммерческого выпуска он стал ценным ресурсом для просмотра образцов с гораздо более высоким разрешением и глубиной резкости, чем обычный оптический микроскоп. Как правило, ЭСМ могут разрешаться до нанометрического масштаба (~2 нм), тогда как световой микроскоп может разрешаться только приблизительно до 200 нм. В отличие от обычных световых микроскопов, эти имеют большую глубину резкости, которая придает трехмерный вид образцам изображений.
Многие современные ЭСМ могут снимать непроводящие образцы в дополнение к токопроводящим образцам, используя камеры переменного давления.
Передаточный электронный микроскоп (ПЭМ) может преобразовываться в атомную шкалу магнитуды до 1 Å (т.е. 0,1 нм). Режим работы ПЭМ аналогичен режиму работы ЭСМ, поскольку оба микроскопа содержат источник электронно-пушечной подсветки.
В ПЭМ могут использоваться различные типы детекторов. Двумя распространенными типами детекторов являются флуоресцентные экраны или фотопленки. Чем плотнее образец, тем меньше электронов достигает детектора, поэтому более плотные участки образца темнее на изображении. В отличие от ЭСМ, ПЭМ создает изображения, имеющие двумерный внешний вид.
Манипуляция атомами
Первый реальный пример наноманипуляции был продемонстрирован Айглером и Швейцером, которые манипулировали отдельными атомами ксенона.
Атомная манипуляция обычно выполняется в среде сверхвысокого вакуума и при очень низких температурах для предотвращения загрязнения и проблем с дрейфом. Кроме того, атомная манипуляция работает только для определенных комбинаций поверхностей и атомов. В связи с этим идея построения трехмерных наноразмерных структур атом за атомом в этих предельных условиях представляется в настоящее время не очень практичной.
Манипуляция наночастицами
Существует несколько протоколов для манипулирования частицами путем нажатия на них с помощью зонда.
Сначала делается снимок образца, чтобы определить, где частица находится на подложке. Затем наконечник датчика прижимается к частице, и параметры изменяются таким образом, чтобы прикладывалась сила, превышающая силу, используемую для формирования изображения.
Основные три метода наноманипуляции.
Первый метод заключается в использовании электростатического притяжения для захвата частицы и осаждения ее в другом месте на подложке. Частица может быть уловлена повторным приложением 20 отрицательных и положительных напряжений наконечника. Предполагается, что этот процесс заряжает частицу и вызывает электростатическое притяжение между ней и наконечником зонда. Затем частица может быть перемещена в другое место и осаждена путем повторения одного и того же процесса (т.е. подача положительного и отрицательного напряжения).
Второй метод исследует одновременную манипуляцию линией наночастиц путем быстрого подметания кончика перпендикулярно направлению более медленного движения вперед. С помощью этого метода было показано, что редким "полем" частиц можно манипулировать в плотные линии.
Последняя методика исследует механическое подталкивание отдельных наночастиц к формированию плотных линий, а также круга из шести наночастиц с точностью до 10 нм.
