Современное строительство - это стремление к точности. Строители должны использовать компоненты, изготовленные в соответствии с определенными стандартами, четко определенного состава и строго определенного размера.
Строительная промышленность рассчитывает на то, что производители будут создавать эти компоненты качественно, чтобы они могли не беспокоится за надежность возведенных ими объектов, будь то мост или небоскреб.
Теперь представьте себе конструкцию в маленьком масштабе - менее 1/100 толщины клочка бумаги. Это и есть наноразмер.
Именно в таких масштабах ученые работают над разработкой потенциально революционных технологий в таких областях, как квантовые вычисления.
Это такой масштаб, в котором традиционные методы производства просто не сработают.
Даже самые маленькие из стандартных инструментов будут слишком громоздкими для производства каких-либо компонентов в наномасштабах.
Исследователи из Вашингтонского университета разработали метод, который может расширить возможности производства в наномасштабах.
Группа адаптировала световую технологию, широко используемую в биологии ( известную как оптические ловушки или оптический пинцет) для работы в безводной среде с углеродными органическими растворителями.
По словам ученых, оптический пинцет действует как световой "тяговый луч", который с высокой точностью может собирать полупроводниковые наноматериалы в более крупные структуры.
В отличие от тяговых лучей из научной фантастики, которые захватывают космические корабли, ученые используют оптический пинцет для улавливания материалов, длиной почти в миллиард раз короче одного метра.
Это новый подход к производству наноматериалов. В процессе производства не происходит соприкосновения со стенами камеры, что минимизирует образование деформаций и других дефектов.
Все компоненты плавают в растворе, и ученые могут контролировать изменение размера и формы наноструктуры, поскольку она собирается по частям.
Использование органических растворителей позволяет ученым работать с компонентами, которые в при ином подходе разлагались бы при контакте с водой или воздухом.
Органические растворители также помогают нагревать до высоких температур материал, с которым работают ученые, позволяя контролировать трансформацию материала и управлять химическими процессами.
Для демонстрации потенциала такого подхода исследователи использовали оптический пинцет для создания новой многослойной наноструктуры, которая представляет собой нанопровод, собранный из отдельных частей различных материалов.
Исходными материалами для создания нанопровода были короткие "наностержни" из кристаллического германия, длиной всего несколько сотен нанометров и диаметром в десять нанометров каждая, что примерно в 5000 раз тоньше человеческого волоса.
Каждый из них покрыт нанокристаллом металлического висмута.
Исследователи использовали световой "тяговый луч" для захвата одного из германиевых наностержней.
Энергия луча нагревала наностержень до сверхвысоких температур, расплавляя висмутовое покрытие.
Затем они направляли второй наностержень в "тяговый луч" и, благодаря расплавленному висмуту на концах обоих стержней, припаивали их друг к другу.
Этот процесс повторялся до тех пор, пока не получился структурированный нанопровод, который был во много раз длиннее, чем отдельные его части.
Ученые назвали этот световой процесс сборки "фотонной нанопайкой". Нанопровода, соединенные таким образом в конечном итоге могут стать способом создания топологических кубитов для применения в квантовых вычислениях.
Тяговый луч представляет собой высоко сфокусированный лазер, который создает оптическую ловушку - метод, впервые разработанный Артуром Ашкиным в 1970-х годах и удостоенный Нобелевской премии.
До настоящего времени оптические ловушки использовались исключительно в водной или вакуумной среде.
Команда современных ученых адаптировала оптическую ловушку для работы в более изменчивой среде органических растворителей.
Фотоны, из которых состоит лазерный луч, генерируют силу на объектах в непосредственной близости от оптической ловушки.
Исследователи могут регулировать свойства лазера таким образом, чтобы генерируемая сила могла либо захватывать, либо освобождать объект, будь то один германиевый наностержень или более длинная нанопроволока.
Такая точность необходима для создания надежных методов нанопроизводства, исключающих неконтролируемое взаимодействие с другими поверхностями или материалами, которые могут вызвать дефекты или деформацию наноматериалов.
Исследователи полагают, что разработанный ими подход к нанопайке может найти применение для сборки наноразмерных материалов, независимо от того, совместимы ли эти материалы с водой или нет.
***
Напишите в комментариях свое мнение об этой разработке и подписывайтесь на канал.
