Nanotexnologiyaga kirish - Hozirgi vaqtda nanoplyonkalar, nanokristallar olish va ulaming xususiyatlarini o‘rganishga...

Nanotexnologiyaga kirish
Nanotexnalogiyaning rivojlanish bosqichlari Ma’lumki, klassik mexanika moddiy zarralarning aniq chiziqlar, ya’ni traektoriyalar bo‘ylab harakat qilishini miqdoriy qonuniyatlar yordamid o‘rganadi. Bunda zarraning boshlang‘ich holatini ifoda-lovchi shartlar ma’lum bo‘lsa, kelgusida uning qanday bo‘lishi ham aniqlanadi. Oqibat, fanda chuqur iz qoldiradigan va olamning mexanik manzarasini yaratish (barcha hodisalarni mexanik qonunlari asosida tushuntirish) ga intilish paydo bo‘ladi. Afsuski, olamni faqat mexanika qonunlari asosida desak, xato bo‘lmaydi. XIX asr oxiri XX asr boshlarida matematika sohasida erishilgan yutuqlar (differentsial hisob, Minkovskiy geometriyasi) tufayli mexanik qonunlaming yangi ko‘rinishlari paydo bo‘ldi. To‘lqin tenglamalaming otasi Ervin Shiyodinger tomonidari yaratilgan K mikrozarralaming harakat (Shryodinger) tenglamalari klassik tasawurlarga sig‘maydigan natijalarga olib keldi. Masalan, energiyaning kvantlanishi (klassik mexanikada esa eneriya uzluksi bo‘ladi). O‘sha davrda bu tenglamalar to‘g‘risida fikr yuritishga jazm qiladigan inson yo‘q edi. Sababi, bunga ma’lum ma’noda “fandagi shakkoklik” deb ham qaralgan. Kvant fizikasining asoschilaridan biri M.Plank 1879-yiIi Myun-xenda dissertatsiyasini himoya qilgandan keyin ustozi Filip fon-Jolliga nazariy fizika bilan shug‘ullanish niyati borligini aytadi. Ustoz esa o‘z navbatida nazariy fizika poyoniga yetgani, faqat ba’zi xususiy hollar, boshlang’ich va chegaraviy shartlarni o‘zgartirib differetsial tenglamalraning yechimini topish qolgani umuman, bu “istiqbolsiz ish” bilan shug‘ullanish befoydaligini uqtiradi. Shunga qaramay, Plank nazariy fizika bilan shug‘ullanishni davom ettirib, 1900-yili elektromagnit nurlanishning diskret ekanligini kashf qildi 1905-yilda Eynshteyn tomonidan elektromagnit maydonning energiyasi diskret strukturaga egaligi, undagi eng kichik zarra fotonni aniqlaydi. Keyinchalik ato’mning kvant nazariyasi va kvant mexanikaga asos soladi. U davrda kvant mexanikasi tushunchalarining ilm aqli tomonidan qabul qilinishi qiyin kechdi.
Boisi birinchidan, kichik zarralarning kichik o‘lchamlarda harakat traektoriyasi degan tushunchaning yo‘qligi, ikkinchidan, Veyner Geyzenberg tomonidan kiritilgan noaniqlik printsipi edi. Unga ko‘ra, kichik o’lchamlarda zarrachaning impulsi va koordinatasi (energiya yoki vaqt)ni bir vaqtda katta aniqlikda o‘lchab bo‘lmaydi. Fizikadan bilamizki “nano” o‘lchov birliklarning old qo‘shimchasi bo‘lib, milliarddan birini ifodalaydi. Masalan, 1 nanometr - metrning milliarddan biri degam. Inson soch tolasi o‘rtacha 100 000 nanaometr ekanini hisobga olsak uning qanchalik kichik o’lchamligi haqida tasavvurga ega. Nano asli yunoncha “nanos” degan ma’noni anglatadi. Atomlar va ular orasidagi masofa ham nanometr ulushlarida o’lchanadi. Moddalarning fizik va kimyoviy xususiyatlari ham atomlarning turiga, tuzilishiga va o‘zaro munosabatlariga bog‘liq. Bugungi ilmiy tadqiqotlar atom o‘lchamidagi nanotuzilmalar hajmiy modda xususiyatlaridan anchagina farqlanishini ko‘rsatmoqda. Nanotuzilmalardagi fizik va kimyoviy jarayonlarning izohlash esa yangi qonuniyatlarni keltirib chiqarmoqda. Sodda qilib aytganda, bir necha atom o’lchamlardagi ob’ektlarning noan’anaviy xususiyatlarni o‘rganadigan, ularda sodir bo‘ladigan jarayonlarning qonuniyatlarini anglashdan iboratdir.
Tatbiq qilish yo‘llarini ko‘rsatadigan yangi yo‘nalish bugun nanotexnalogiya deyiladi. Nanotexnalogiya atamasini birinchi bo‘lib, 1974-yilda yapon olimi Norio Taniguchi (NARIO TANIGUCHI) aloxida atomlarni boshqarib, yangi ob’ekt va materiallar tuzish jarayonini izohlash uchun ishlatgan edi. Ushbu sohada ilk texnik vositalar Shveytsariyaning IBM laboratoriyalarida ixtiro qilingan. 1982-yili skanirlovchi zondli mikroskopni ixtiro qilgan Gard Binnig (GERD BINNIG) va Genri Rorerlar (HENRI ROFERER) to‘rt yildan so‘ng ushbu ixtiro uchun Nobel mukofotiga sazovor bo‘lishgan. 1986-yilga kelib, atom-kuch mikroskopi qilindi. Bu uskunalar nafaqat nanodunyoni tomosha qilishga, balki yangi nanoob’ektlami qurishga ham imkon bermoqda. Shu bois, bugun dunyo nanotexnologik inqilob ostonasida turibdi desak adashmagan bo‘lamiz.
Nanotexnalogiya nima uchun kerak. Yigirma-o‘ttiz yil ilgari bitta kompyuter bir xonaga sig'mas edi. Ko’p o‘tmay stolimiz ustida turadigan darajaga keldi. Hozir esa cho’ntagimizga sig‘adiganlari bor. Taraqqiyot shu sur’atda davom etadigan bo’lsa, ertaga soatimizga yoki uzugimizga taqiladigan kompyuterlar ishlab chiqarilsa ham ajablanmasak bo‘ladi. Zero, nanotexnalogiya yana shunday imko-niyatlarga yo‘l ochmoqda. Xato tushunmaylik, nanotexnalogiyan'ing maqsadi, faqat “mitti” lashtirishdan iborat emas. Texnikada biror vazifani bajarish uchun material, energiya va vaqt sarfi katta ahainiyatga ega. Nanotarmoqdagi o‘ta kichiklashtirishga intilish ham qulaylikdan tashqari ana shu unsurni tejash maqsadida yuzaga kelmoqda. So‘ngi yillardagi tadqiqotlar natijasida mikroelektron asbob yasash uchun moddaning nafaqat sirt qatlami, hatto bir necha atom qatlamining o‘zi yetarli bo‘lib, qolgan hajm esa ortiqcha material sarfi ekanligi ma’lum bo‘ldi. Bundan tashqari jism sirtidagi jarayonlardanda tezroq bo’lishi uchun, yupqa va o‘ta yupqa qatlamli qurilmalar vaqt tejashida ham tejamkorlik imkoniyatini beradi. Shuningdek, bitta yoki bir necha atom qatlamlaridan tashkil topgan nanotuzilmalarda fizik va kimyoviy jarayonlarning o‘zgacha tus olishni ilm sohasida yangi nanofanlarni keltirib chiqaryapdi. Kvant nazariyasi, sirt fizikasi va kimyosi, kristallografiya, molekulyar biologi, biokimyo nano-fanlarning asosini tashkil qiladi. Fullerenlar deb ataluvchi futbol va gerbi to‘pi shaklidagi kristall strukturalarga ega uglerod klasterlaridan (ko‘p atomli molekulalar) o‘stirilayotgan bir va ko‘p qatlamli nanonaychalar nanoelektronika tarmog‘iga yo‘l ochishi natijasida yaqin o‘n yil ichida an’anaviy kremniy chiplarining o‘rnini egallashi mumkin. Chunki 50 nano-metrdan kichik o’lchamdagi elementlardan tashkil topgan mikrosxemalarda kvant-mexanik effektlar qisqa tutashuvlarga olib keladi. Uglerodli nanonaychalar esa bunday kamchilikiardan xoli. Ularning kiristall panjarasiga ozgina ta’sir qilish bilan elektrofizik xususiyatlarini o‘zgartirish mumkin. Natijada bir nanometr diometrli metall va yarim o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega uglerodli nanonay- chaning bog’lanishidan diod, dielektrik ustidagi nanonaychadan esa maydon tranzistori kanali yasaladi.
Bunday nanoasboblar laboratoriya sharoitida allaqachon sinab ko‘rilgan. Nanonaychalarning qalinligi soch tolasidan o‘n ming martta kichik ammo mustaqkamligi po’atdan o‘n martta katta. Kelajakda bir necha metr uzunlikdagi nanonaychalar sintez qilinishga erishilsa sanoat va texnikada katta o‘zgarishlar ro‘y berishi mumkin. Chunki, yuzlab kilogram yukni ko‘taradigan soch tolasidek ingichka material ko‘plab soxalarda asqotishi turgan gap. Yaqinda Komel (CORNELL) universitetida o'ta kichik og‘irlikni ya’ni 10 grammni o’lchay oladigan nanoelektromexanik tarozi ishlab chiqildi. Nanotexnalogiyalar yordamida o‘ta sof materiallar olish mumkinligi ham isbotlangan. Ma’lumki materialning bardoshliligi uning kristall nuqsonlardan va begona modda atomlaridan holi ekaniga bog'liq. Oxirgi izlanishlar tekis terilgan, begona atom yoki molekulalardan xoli nanokukunchalar bilan qoplangan sirtlarning arzon hamda tashqi ta’sirlarga (yemirilish, issiqlik, namlik, nurlanish va hokazo) chidamli ekanligini ko‘rsatgan (1.1-rasm). Athlon va Intel Pentium elektromexanik chiplariga ishlov berilayotganda oltingugurt yodidan iborat nanokukun bilan silliqlanishi ushbu firmalarning mashhur bo‘lib ketishida juda muhim ro’l o‘ynaydi.
|