ナノテクノロジー
分子ナノテクノロジーとは、分子レベルのスケールで動作するナノシステム(ナノマシン群)を対象とする分野である。原子を材料として分子を組み立てる分子アセンブラという想像上の機械と強く結びついている。いわばボトムアップ方式の究極であり、現在主流のトップダウン方式とは全く異なる。K・エリック・ドレクスラーが「ナノテクノロジー」という言葉を使ったとき、それはこの「分子ナノテクノロジー」を主に指していた。分子スケールの生物学に機械部品のようなものが見られることから、機械として機能する分子を作ることもできるはすだという前提がある。
ドレクスラーらは、分子スケールの機械部品(歯車・軸受・モータ・構造材など)を作ることで、ナノスケールの工場を作ることを提案した。Carlo Montemagno は、未来のナノシステムはシリコン技術と生物学的分子機械の融合になるだろうという。リチャード・スモーリーは、こうした方向の実現性に否定的だった。2003年、アメリカ化学会の出版物 Chemical & Engineering News でスモーリーとドレクスラーの公開書簡による討論が行われた(別項参照)。
生体内には分子レベルの機械システムがあることは明らかだが、人工の分子機械はまだ研究が始まったばかりである。人工の分子機械の研究ではカリフォルニア大学バークレー校とローレンス・バークレー国立研究所の Alex Zettl の研究が知られている。彼らは外部から印加する電圧で制御できる3種類の分子デバイスの試作に成功している。
トップダウン方式では、より大きなものからより小さなデバイスを作ろうとする。
マイクロプロセッサ製造のために発展した半導体工学の技法は100 nm未満の構造を形成できるようになっており、ナノテクノロジーと呼べるレベルに達している。巨大磁気抵抗効果を利用したハードディスクは原子層堆積法 (ALD) によって作られており、ナノテクノロジーの一種と言える。ペーター・グリューンベルクとアルベール・フェールは巨大磁気抵抗を発見しスピントロニクスの分野に貢献したとして2007年のノーベル物理学賞を受賞した。
半導体工学の技法はNEMS (Nano Electro Mechanical Systems) というデバイスの製造にも応用されている。NEMSよりややスケールが大きいものをMEMSと呼ぶ。
原子間力顕微鏡の先端を「ペン先」のように使い、固体表面に分子材料を配置する技法をディップペン・リソグラフィーと呼ぶ。これを含めた技術をナノリソグラフィーと呼ぶ。
集束イオンビームは、固体表面を微細に削ることができ、そのときに適当なガスを注入すれば材料を配置することもできる。例えば、透過型電子顕微鏡とこの技法を使った100nm未満の微細構造の解析が普通に行われている。
ナノテクノロジー (nanotechnology) は、物質をナノメートル (nm, 1 nm = 10 m)の領域すなわち原子や分子のスケールにおいて、自在に制御する技術のことである。ナノテクと略される。そのようなスケールで新素材を開発したり、そのようなスケールのデバイスを開発する。
ナノテクノロジーは非常に範囲が広く、半導体素子を分子セルフアセンブリ法という全く新たなアプローチで製造することや、ナノスケールのナノ素材と呼ばれる新素材を開発することまで様々な技術を含む。
いまだに一部の新素材やコンピュータのプロセッサに応用されている程度の段階だが、将来はこの技術によりナノサイズのロボットで治療を行ったり、さらには自己増殖能を持たせて建築に利用することができるようになると予想されている。21世紀をかけて大きく発展する分野と考えられている。
ナノテクノロジーの将来については議論もある。ナノテクノロジーによって様々な便利な新素材やデバイスが生まれることが期待される一方で、環境や人体への影響が懸念されている。また世界経済への影響やナノマシンが制御不能となる危険性なども懸念されている。このため、ナノテクノロジーに対する特別な規制の要否についても議論が続いている。