اندازه گيري هاي موقعيت نانومتر– دقيق با تكنيكهاي مرسوم :
براي اندازهگيريهاي ميكرونانو ساختارهاوهمچنين براي كنترلدقيقحركت, تكنيكهاي اندازه گيري با دقت نانومتري مورد نياز هستند.حسگرها اغلب ميكرونانوساختار هستند. يك دقت بهتر از nm100 ميتواند با مجموعه اي
2-2-7اندازه گيري هاي موقعيت نانومتر– دقيق با تكنيكهاي مرسوم :
براي اندازهگيريهاي ميكرونانو ساختارهاوهمچنين براي كنترلدقيقحركت, تكنيكهاي اندازه گيري با دقت نانومتري مورد نياز هستند.حسگرها اغلب ميكرونانوساختار هستند. يك دقت بهتر از nm100 ميتواند با مجموعه اي از اصول اندازه گيري حاصل شود (جدول7) .
جدول7
شيوه هاي اندازه گيري مغناطيسي و الكتريكي نياز به تماس مكانيكي يا حداقل يك فاصله بسيار كوچك بين شي و مبدل انرژي دارد . بنابراين مقاومتهاي لايه اي ضعيف براي يك مقياس فشار , بايد در شي ادغام شوند يا يك شي كمك كننده قابل انبساط با باريكهها بايدبطورمكانيكي باشيمتصلشوندبراي اندازهگيريهاي ظرفيتيوبازخواني افزايشهاي مغناطيسي,بخشهاي سيستم مبدل انرژييعني يك الكترود ظرفيتي و باريكه مغناطيسي با يك الگوي مغناطيسي يا يك ميكرومگنت بايد در يك تقريب دقيق باشند.از سويي ديگر,تكنيكهاي بهينه اجازه فواصل بيشتري را در سيستم اندازه گيري مي دهند اما شي بايد توسط ميله آزمايش در دسترس باشد . براي تداخل متري , يك سطح منعكس كننده بسنده ميكند . با اين وجود , با سيستم هاي نشانگر , ساختارها براي بازخواني بهينه نظير لبه ها يا باريكه ها ميكروساختار شده , در يك شي ادغام ميشوند .
3-2-7 نانو كار اندازهاي كنترل شده از لحاظ الكتريكي :
حتي بيشتر از ميكروتكنولوژي , اصل الكترواستاتيك بطور فزاينده اي با كاهش اندازهها,مهم شد.به دليل فواصل كوتاه,ولتاژ ميانگين دامنههاي بالا و در نتيجه انحراف چشمگير اشيا, كنترل شده بطور الكترواستاتيك ميشود.توليزرها براساس نانوتيوبهاي كربن با ضخامت mm50 و طول mm1 آماده شده اند.نانوتيوبها سپس به انتهاي سوزن شيشه اي متصل مي شوند كه دو الكترود نازك لايه اي دارند تا يك ميدان بتواند بين هر دو نانوتيوپ به كار گرفته شود . مي توان به طور مثال ازنانو ذرات پليمر استفاده كرد . ولتاژهاي كمتر ازv 10 باعث شكاف بين نانوتيوب ها مي شود . (شكل 120) .
شكل120
يك ساختار مقاومتي مكانيكي كنترل شده ازلحاظ الكتريكي بافركانس بالاي مقاومتي بعنوان يك ساختار si كريستالي مستقل,نانو ساختار شده بود.ساختار mm2 × mm2 از بغل توسط ميله هامتصل شده بود و يك نرده با تناوب nm315 و حداقل پهناي ساختاري nm50 توليد كرده بود.مقاومت يك ظرفيت قابل پرداخت است و فركانس مقاومتي بالاتراز MHz 40 نمايش ميدهد. چنين مقاومت هايي مي تواند از لحاظ پتانسيل به عنوان مبدل هاي انرژي مكانيكي براي حس گرهاي مولكولي يا براي ويژگي ماده اي كوچكترين ظرفيتهاي نمونه مفيد باشند.شكافهاي نانو متري مي توانند تله هايي براي ذرات بسيار كوچك ايجاد كنند.چنين تله هايي براي ذرات داراي قطر كمتر از nm10 توسط يك شكاف در 2 ساختار مستقل نانو ساختار شده لايه دوتايي si3n4/Aupd ايجاد شده بود.اين ساختارها ضخامت nm30 و پهناي nm 100 دارند و در آغاز يك شكاف nm100 ايجاد ميكردند . اين شكاف به طور اساسي توسط پرتو الكترون كاهش مي يابد كه باعث رسوب (EBD) بر روي هر دو ساختار مي شود و منتهي به يك پهناي شكاف بين 5 و nm 16 مي شود (شكل 121) .
شكل121
با استفاده از اين شكافها , نانو ذرات pd با قطر nm20 به لحاظ الكترواستاتيك در تله مي افتند.علاوه بر كار اندازهاي نانوساختار شده , كار اندازهاي بزرگتر نيز در كارهاي تبديلي بر روي مقياس نانومتري داراي نقش هستند.آنها بايد به طور مداوم درجه اي كوچك كار ميكنند و دقت فوق العاده بالايي نشان ميدهند.كار اندازهاي پيزو,اهميت ويژهاي دارند.آنها حركتراتوسط يك انبساط يا فشردگي سطوح كريستالي با توجه به يك پتانسيل الكتريكي به كار گرفته شده تسهيل ميكنند و دقتي تا گستره زير نانومتري انجام ميدهند.اين تجزيه نهايي درتكنيكهاي ميلهاي اسكن استفاده ميشود.يك كار اندازه جداگانه پيزو,فاصله محدود انبساطي دارد , بنابراين سيستمهاي كار انداز پيزو با كار اندازهاي جداگانه توده اي بكارگرفته ميشوند. جدا از سيستمهاي ستوني براي حركت دريك مسير,تركيباتي باعناصر اهرمي به منظور افزايش مدت كاركردن با تركيبات چندين كارانداز كه در مسيرهاي متفاوت براي جدولهاي x-y كارميكنند,شناخته شده اند.تغييرات كوچك در زاويه جدول موقعيتي ميتواند توسط كار اندازهاي پيزوحاصل شوندطوريكه جداول محورچندگانه امكانپذير هستند.كار اندازهاي نشات گرفته از پيزو و جداولي با نانومتري حتي دقت كمتر از نانومتري در بسياري از ميدان هاي تكنيكي داراي نقش هستند نظير ميكروسكوپي و ليتوگرافي , صنعت هاي بصري و ارتباطي .
4-2-7 نانو كاراندازهاي نشات گرفته شيميايي :
نانو كار اندازها مي توانند توسط واكنش ها يا جذب شيميايي , فرايندهاي جذب و تجزيه هدايت شوند . اصل تغيير زاويه انحراف يا نانو تير طره اي با توجه به تورم يا انقباض لايههاي سطحي نازك كه توسط واكنش شيميايي ايجاد ميشود,براي اهداف برانگيختن ميتواند بكار رود.پيش نياز , يك تيره طره اي با تصوير متقارن است . اهرم بايد حداقل دو لايه متفاوت يا سطح مختلف نشان دهد تا بتواند باعث وقوع فرايندهاي جذب يا تجزيه شود.فرايندهاي الكتروشيميايي براي بازخواني يك حركت نشات گرفته الكتريكي , بهينه هستند , زيرا آنها مي توانند سيگنال الكتريكي را به تغييرات در ماده تبديل كنند تا انگيزش مكانيكي حاصل شود.بطورمعمول مواد انعطاف پذير در نانوكاراندازهاي الكتروشيميايي بكارميروندكه ميتوانندتوسط فعاليت تبديل الكتروشيميايي يا گنجاندن يا شكاف مولكولهاي كوچك شكل گرفته الكتروشيميايي تغيير شكل يابند.چنين موادي به عنوان عضلات مصنوعي نيز شرح داده شده اند . اغلب پليمرهاي رسانايي به كار گرفته ميشوند و نانوتيوبهاي كربن نيز ميتوانند بعد از جانشين مستقيم يا غير مستقيم با گروههاي فعال الكترو شيميايي استفاده شوند.حركت از طريق يك درون كاليشن كنترل شده الكتروشيميايي يونهاي li+ به ديواره هاي گرافيت نانوتيوبهاي كربن حاصل شود.تير طره ايها دسترسي آسان براي فرايندهاي تبديل انرژي را فراهم ميكنند كه انحرافاتي هستند كه با واكنش هاي الكتروشيميايي ايجاد ميشوند.در اين مورد , كار انداز يك الكترود , نمايش مي دهد . باتوجه به پتانسيل , جريان جاري باعث تجزيه , اصلاح يا حذف ماده در سطح تير طره ميشود.براي كاربردهاي چندگانه , فرايند الكتروشيميايي استفاده شده بايد به طور زيادي قابل تغيير باشد.محدوديت دوم در هماهنگي وسيله قرار مي گيرد كه كار انداز را احاطه ميكند. بايد يك الكتروليت باشد كه شامل همه اجزاي مورد نياز براي فرايندهاي سطحي بر روي كار انداز باشد.طبيعت براي ما چندين نمونه از سيستم هاي موتوري بيومولكولي ارائه مي دهد كه نشات گرفته از لحاظ شيميايي هستند.تمام آنها بر پايه تركيبات پروتئيني هستند همانند انتقال درون سلولي در شبكه ميكروتوبول فرامولكولي كه همانند نتيجه ساختارهاي پروتئيني فشرده قابل حركت,كينسين,روي ميدهد.اين فرايند توسط ATP (آدنوزين تري فسفات ) قدرتمند ميشود.توبولين همانند (جاده) عمل ميكند و كينسين همانند يك (ماشين) . اين سيستم ميتواند از سلول جدا شود و در يك محيط تكنيكي عمل ميكند بنابراين رابطه بين قسمتهاي ثابت و متحرك و معكوس است.ثابت شده است كه كينسين راكد شده بر روي سطوح پليمري با يك برجستگي باريكه شده باعث حركت ميكروتوبول ها در اين الگو مي شود . ثابت كردن كينسين بر روي ماد اصلي زمينه شيشه اي اين ساختار را قادر ميسازد كه توسط سيستم حركتي بيومولكولي انتقال يابد . (شكل 122) .نانو ماشينهاي شيمي – مكانيكي قسمت هاي كارآيي مركزي سلول را نشان ميدهند.آنها نه تنها باعث انتقال درون مولكولي ميشوند بلكه باعث انتقالات ماكروسكوپيك نيز ميشوند.در تشابه با سيستم كينسين (توبولين) ميوسين / اكتين , يك سيستم حركتي خطي را نشان ميدهد اين امر اساس عضلات ما هستند و در آخر باعث هدايت ماكروسكوپيك ارگانها مي شود .
شكل122
علاوه براين ساختارهاي پروتئيني كار تبديل,يك سلول,سيستمهاي تناوبي رانيز نمايش ميدهد.در مقايسه با موتورهاي تكنيكي , اين سيستمها متشكل از يك موتور و يك استاتر هستند .
استاتر با غشا ادغام مي شود و بنابراين راكد مي شود . موتورهاي مولكولي در غشاهاي مولكولي بطور مثال حركت تاژك را قدرت ميبخشند تا موجود حركت كند . نيروي حركتي در قسمتهاي مولكولي , گراديان هاي غلظتي هستند مثلا براي پروتون ها كه انرژي شيميايي را توسط انتقال مكاني از يك سمت به سمت ديگر غشا فراهم ميكنند . اين انرژي توسط تركيب پروتئين به انرژي مكانيكي تبديل ميشود.فرايند تناوبي مولكولي ميتواند همچنين براي سنتز شميايي استفاده شود.موتور مولكولي تركيب ساخت ATP در غشاي ميتوكندري , انرژي سرشار ATP را بعنوان منبع انرژي كلي در فرايندهاي سلولي توليد ميكند.تركيب دستگاه مولكولي مشابه با پروتئينهاي حركتي تشريح شده , هنوز امكانپذير نيست . با اين وجود , نمونه داده شده از استفاده حركت مولكولي توبولين نشده مي دهد كه جدا كردن يك سيستم اصلي امكانپذير است تا آن را اصلاح كند و آن را با محيط هاي تكنيكي ادغام كنند.همچنين تناوب تركيب ATP و فرامولكولي تناوبي مربوط مي توانستند توسط نانوتكنولوژي استفاده شوند . اولين مرحله در اين جهت اتصال ميله آكتين به روتور تركيب پروتئين مي باشد (شكل 123 و 124) . گروه هاي متعددي اثبات كرده اند كه اين سيستم يك نانومتر تركيب نسبي را نشان ميدهد كه ميتواند كنترل شود و با ميكروسكوپ بصري اندازه گيري شود.تلاش هايي براي ادغام ساختارهاي پروتئين مناسب پيچيده با سيستم هاي تركيبي صورت گرفته است . يك غشاي فعال فتوسنتز مصنوعي آماده شده است كه سيتوكرومها (مسئول جذب نوروتبديل اوليه انرژي الكتروشيميايي)وتركيب ATP است.غشاي سيتوكروم ادغام شده هماننديك پمپ پرتون كارميكندويك گراديان – PH نشات گرفته از نوايجاد ميكند كه تركيب را هدايت ميكند و مسئول سنتز ATP است .
شكل123
شكل124
5-2-7 سختي نانوكاراندازها :
درون نانوكاراندازها,تيرطره هااهميت ويژه اي دارند , آنها مي توانند توسط تكنولوژي لايه نازك و پلانر تهيه شوند.اين تكنيك ها براي تهيه تركيبات مختلف لايه ها مناسب هستند.سختي تير طره هاي مواد لايه اي نازك (با ضخامت بين nm100 و mm1 ) به طور اساسي توسط شاخصهاي ماده ميكروسكوپي تعيين شده است كه به معناي مدول E از ماده توده اي است كاهش مختلف منتهي به تفاوت هايي خواهد شد و در نتيجه تاثير افزايش يافته بخش مشترك يا به دليل تاثيرات موقعيتي , يك آنسيوتروپي در كنش مكانيكي مورد انتظار است.نانوميلها و نانوتيوبها ازيك لايه نازك ونانوتير طره اي به ساختارهاي فرامولكولي هدايت مي شوند.نانوميل هاي غير جاندار و نانوتيوبها اشيا, جامد هستند و متشكل از شماري از اتم عناصر محدود مي باشند.به خاطر اندازه هاي كوچك , شكل اين جامدهاي كوچك و در نتيجه مكان و ترتيب اتمهاي جداگانه با توجه به سطح , ضروري است , بنابراين ويژگي هاي مولكولي شبه تنها داراي اهميت شدند . اين تاثير همچنين در كنش مكانيكي بارز است . بنابراين تيوبهاي sic نسبت به ماده توده اي مستحكمتر هستند و نانوتيوبهاي كربن چند جداره ( MWNTs) نسبت به ميلهاي sic مستحكمتر هستند.در مقايسه با مولكول هاي خطي پليمري و يا كمي منشعب,بسياري از ماكرو مولكول هاي بيولوژيكي , سختي بسيار بيشتري نشان ميدهند كه آنها را براي كاربردهاي ناكارانداز مفيد ميسازد.اين امر در مورد پروتئينها مخصوصا فرامولكول هاي ميله اي كه اساس مولكولي را براي انتقال بيولوژيكي وسيستمهاي كارانداز نظيرميلهاي آكتين و توبولين را فراهم ميكند.كاربرد داردDNA دورشته اي نيز,سختي قابل ملاحظه اي رانمايش ميدهدكه براي كاربردهاي نانوكارانداز جالب است .
3-7 دستگاه هاي نانو الكتريكي :
1-3-7 نانوسيم ها و اتصالات الكتريكي :
دليل اين موضوع كه الكترونيكها,تكنيك اصلي عصر اطلاعات شده است تنها كشف تاثير ترانزيستور و ريزه سازي اين دستگاه ها نميباشد بلكه بخاطرويژگيهاي مخصوص الكترون نيز مي باشد زيراكوچكترين بخش اوليه براي كاربردهاي تكنيكي در دسترس هستند كه عامل اصلي در همه واكنشهاي شيميايي هستند . يك الكترون حاوي يك بار است كه از همه يونها قابل تشخيص است و همچنين پرتون در آن بار فوق العاده بزرگ دارد . ضرايب انتقالي توسط ميدانهاي الكتريكي قابل كنترل هستند و بطور فوق العاده اي نسبت بوسيله حساس هستند,طوريكه رسانايي الكتريكي ميتواند توسط ترتيبهاي بسياري از مغناطيس با تغيير ماده تفاوت پيدا كند.اولين دستگاه هاي تكنيكي براي انتقال كنترل شده الكترون , دستگاه هاي خلا (تيوبها) بودند . جايگزيني آنها توسط دستگاه هاي نيمه رسانا از دهه 1950 آغاز شد. اين دستگاه , اجزاي اصلي براي انتقال كنترل شده الكترون در گستره ميكرون وكوچكتر از ميكرون , به خصوص در زمينه ترانزيستورها شدند.تكنولوژي نيمه رسانا همچنين براي گستره نانومتري و تكنولوژي مدارهاي منسجم كه اكنون ميتوانند به كمتر از مقياس nm100 براي كاربردهاي پردازشگروحافظه برسند,مفيد است.دستگاه هاي نيمه رسانا برپايه اطلاعات حيطه بار فضايي قرار دارند ريزه سازي دستگاهها نياز به ريزه سازي ابعاد اين حيطه ها دارند . بنابراين تركيب مواد بسيار كم رسانا و بسيار رسانا داراي اهميت شده است.علاوه بر نيمه رساناهاي قديمي , پيشروي ريزه سازي منجر به مواد نيمه رساناي بسيار آلايش شده و همچنين سيستم هاي مجزا كننده فلزي نانوساختار شده , گشته است.مورد دوم,اهميت ويژه اي براي انتقال كنترل شده الكترون هاي جداگانه توسط موانع تونل زن و از طريق جزاير رسانا دارا هستند.در مقايسه با دستگاه هاي نيمه رساناي مرسوم , نظير دستگاه هاي الكترون تنها ، مزيت توليد حرارتي بسيار كمتر در همان ضرايب تغيير را به خاطر افت انرژي بسيار كمي را دارا هستند.خط سيرهاي مدار با ابعاد نانومتري , اجزاي اوليه , نانوالكترونيك ها بطوركلي هستند و به خصوص براي مبدل ها و متغيرها كه انتقال الكترونها تنها را كنترل ميكنند.اتصالاتي با پهناي متوسط نانومتري مي توانند توسط سيم مانند ليتوگرافي پرتو الكترون (EBL) با استفاده از يك تك لايه مولكولي به عنوان مقاوم مثبت ساخته شدند . اگر يك ماده اصلي زمينه رسانا استفاده شود , خطوط ساخته شده EBL درتك لايه ميتوانند به طور گالوانيكي غني شوند . اتصالات مس با پهناي mm50 توسط تلفيق EBL و حكاكي خشك و پرليش شيميايي مكانيكي ساخته شده بودند . بنابراين , ساختارهاي مجرايي , پيش از انتقال توسط حكاكي پلاسما به يك لايه sio2 به يك لايه نازك PMMA نوشته بودند.بعد از حذف لايه مقاوم , اين مجراها كاملا با Tasin يا لايه چسبنده TaNپيش از يك لايه ضخيم تر مس پر شده بودند . پوليش كردن شيميايي مكانيكي , مس را از روي سطح sio2 پلانر حذف مي كرد كه منجر به ساختارهاي اتصال فلزي در الگوي ساختار مجرا ميشد.يك تكينك ساده براي ساخت اتصالات فلزي باريك بر اساس رسوب نانواپي تكتيكي باريكه هاي فلزي در مراحل مونو اتمي مواد دي الكتريك كريستالي ميباشد كه در يك زاويه مشخص نسبت به سطوح كريستالي قطع مي شود . (شكل 125).اين باريكه ها مي توانند تا پهناي 2 الي 3 نانومتري ريزه سازي شوند . متاسفانه شكل هاي چنين خطوط اتصالي توسط ترتيب سطوح كريستالي از پيش تعيين مي شوند طوريكه آنها نمي توانند به طور دلخواه انتخاب شوند.
شكل125
رسانايي الكتريكي مولكول ها با الكترون هاي محرك شرايط مورد نياز براي تدارك نانوسيمها با استفاده از مولكول ها تنها مي باشد . به طور معمول , ماكرومولكول هايي كه توسط پليمر سازي يا تراكمي تهيه ميشوند,اغلب يك هندسه خطي با شمار بيشتري از اتصالات چرخشي نمايش ميدهند بنابراين آنها مي توانند گونه اي تشكيلات غير قابل منتظره را شكل دهند.براي نانو ساختارها و ساخت نانوسيمها با شكل هاي از پيش تعيين شده,مولكولهاي سخت مورد نياز هستند . بنابراين مولكول هاي ميل مانند فشرده با ساختارهاي حلقه شكل مزدوج شده , پيشرفت كرده بودند كه سختي افزايش يافته را با تحرك الكترون بالاي درون مولكولي تلفيق ميكردند.مسئله رسانايي DNA هنوز بحث انگيز است.شواهد تجربي اشاره به انتقال الكترون در فواصل كوتاه ميكنند (مقياس پايين تر نانومتر) يك رشته دو تايي پلي (C) – پلي (G) با طول nm4/10 قرار گرفته در نانو شكاف nm8 باعث يك نمودار ولتاژ جريان غير خطي ميشود. اين مراحل كه بطوردافع دردماي اتاق مشاهده شده اند,اشاره به انتقال الكترونهاي جداگانه دارند . جريان مي تواند تا nA 100 افزايش يابد كه اشاره به رسانايي بالايي دارد . ميزان انتقال بار در حدود 100 الكترون در هر mm و پيكو ثانيه مي باشد . يك تحقيق تجربي و نظري نشان داد كه رسانايي كافي تنها پس از نمايش مشخص الكترونهاي پرانرژي حاصل ميشود.بجاي استفاده مستقيم ازماكرومولكولهاي جداگانه, مولكولهاي فرايندي نانوليتوگرافي ميتوانند بعنوان پوشش در جهت تشكيل نانوسيم هاي مولكولي جداگانه ، به كار كرفته شوند.يك نمونه , ساخت نانوسيمهايAU از طريق حكاكي خشك لايه نازك AU ميباشد كه توسط يك مولكول ميكروتوبول جذب شده پوشيده ميشود . چنين مولكول ميكوتوبولي ميتواند به عنوان يك الگو براي نانوسيم , فلزي كردن pd يا Ni بدون الكترون عمل ميكند.اين اصل همچنين براي DNA ,مقابل كاربرد است . از منافع ويژه , تلفيق سطوح ورقه اي يا ميكروالكترودهاي شناخته شده ليتوگرافي با مولكولها و نانوذرات فلزي ميباشد.تجمع نانو ذرات فلزي كار آمد شده سطحي ميتوانست اتصالات الكتريكي با ابعاد نانومتري شود . با كاربرد يك دامنه الكتريكي , نانو ذرات و ميكرو ذرات فلزي ميل مانند ميتوانند سازگار و بر روي سطوح ماده اصلي زمينه قرار گيرند.بنابراين ذرات طلايي با قطر nm350- 70 و طول mm8 بين الكترودهاي طلايي خارج ازمحلول دي الكتريك قرار گرفته بودند.لايه هاي نانوذرات طلايي كارآمد شده از لحاظ شيميايي در فرايند پلكاني توليد شده بودند . تجزيه تراكمهاي نانو ذرات فلزي بر روي مولكولهاي ثابت شده ميتواند براي تشخيص واكنشهايمولكوليبكاررود.مولكولهايDNAكهبطورجداگانه بين ميكروالكترودهاي جاي گرفته بودند ميتوانستند هدف مهمي براي چنين روشي باشند.نانوسيمهاي ميتوانند با استفاده از مولكول هاي زنجير مانند منبسط همانند الگويي براي اتصال نانو ذرات فلزي بر پايه مولكول ها قرار گيرند . يك نمونه , ازتجمعات فرامولكولي استرپيتويدين DNA مزدوج شده بهره مي گيرد كه با نانو ذرات طلايي بيوتيني ليت تريين شده بودند و منجر به زنجيره هايي از نانو ذرات طلايي شده بودند.از طريق اقدام DNA منشعب,فرامولكولهاي پيچيده تر قابل دسترس هستند . تجمعات DNA استرپيتويدين فرامولكولي به كار گرفته شده نيز براي تشخيص بسيار حساس بيومولكولها توسط PCR ايمن , مفيد هستند.نانو سيم هاي مستقل با پهناي در حدود nm20 توسط پرتو الكترون باعث رسوب سوزنهاي كربن در كناره لايه طلايي پيش ساخته شده ميشد كه منتهي به نانوديودهاي مستقل با شكافي به پهناي حدود nm5 ميشد.اتصالات الكتريكي متشكل از زنجيره هاي نانوذرات رسانايي ازمنافع كاربردگرايي و تكنولوژي هستند ذراتي با قطر كمتر از nm100 با مولكول ها به لحاظ كنش اتصال دهنده شان برابر هستند كه به اين معناست كه اتصال غير ويژه آنها به سطوح مي تواند متوقف شود و اتصالات ويژه مي توانند از طريق گروه هاي اتصال دهنده مكمل بر روي سطح ماده اصلي زمينه يا ديگر نانو ذرات ايجاد شوند.بنابراين اتصالات مي توانند توسط خودسازي شيميايي شكل گيرند مثلا توسط اتصال از طريق گروه هاي يتول .
(شكل 126)
ذرات رسانا نشانگر موانعي براي انتقال الكترون در نقاط اتصالشان هستند . لايه هاي سطحي مولكولي دي الكتريك برروي نانو ذرات طلا ميتواند بيشتر , تاثيرات موانع را افزايش دهدوطول مانع ميتواند از طريق انتخاب ضخامت و تركيب تك لايه مولكولي كنترل شود.بنابراين چنين زنجيره هاي ذره اي نه تنها به عنوان عناصر سيمي ساده جالب هستند بلكه همچنين براي انتقال كنترل شده الكترون مهم هستند زنجيره هاي نانو ذرات جمع شده با قطر nm10 , به ترتيب , فاصله شكافهايي با پهناي nm30 و nm150 دارند.از سويي ديگر , شكافهاي الكترود نسبتا بزرگ چند ميليمتري ميتوانند از طريق تجمع دي الكتروفورتيك نانو ذرات فلزي متصل شوند .
نانو تيوبها :
توجه مخصوصي به نانوپيوبهاي كربن بعنوان عناصر سيم مانند در گستره نانومتر شده است اين تارها ميتوانند توسط شيوههاي مختلفي نظير رسوب مرحله بخار شيميايي تخليه قوسي توليد شوند.ويژگيهاي الكتريكي آنها بطورعمدهبستگيبهشكل, مخصوصا قطر تيوبها دارد كه به طور معمول بين يك و چند ده نانومتر است . به كارگيري اندازه گيري هاي چهار جانبه , مقاومت هاي الكتريكي نانوتيوبهاي جداگانه مشخص شده است كه بين1-0/2 kΩm و بيش از mΩm-1 500 مي باشد.يك افزايش چشمگير در مقاومت با دماي كاهش دهنده براي تيوب هاي انتخاب شده بود , ديگر موارد يك كاهش خطي از مقاومت بين 4 و k300 از تنها %10 نمايش دادند.بطوركلي,دماي يك شبه نيمه رسانا بستگي به كنش الكتريكي دارد.مدارهاي منطقي و يك ترانزيستور الكترون تنها با دماي اتاق بر اساس نانوتيوب هاي كربن ساخته شده است . نانوتيوب هاي كربن چند شكل نسبتا متفاوت نشان مي دهند : تيوب ها مي توانند يك جدار تنها داشته باشند اما آنها همچنين مي توانند دو يا چند جداره يا باريكتر و گاهي تيوبهاي مارپيچي ادغام شده با تيوبهايي با قطر بزرگتر نيز باشند.علاوه بر تيوب هاي كربن خالص , نانو رشته هاي تركيبي با محور اصلي اتصال مزدوج شده و با واحدهاي اروماتيك و اروماتيك – هيتروسايليك نظير پلي فنلين ها پلي تيوفن ها يا اوره هاي بيسالكيل تيوفن – پلي نيز براي سيم هاي اتصال دهنده ارگاني با ابعاد نانومتري , كانديد هستند.دو اتصال Fe/Ti كه توسط يك شكاف mm1 جدا مي شوند ميتوانند توسط نانوتيوپ هاي كربن جداگانه كه توسط تجزيه مرحله گازي تهيه ميشوند , پل زده شوند.بدينوسيله لايه نازك Fe به عنوان يك بلور براي توليد نانوتيوبها عمل ميكنند.اكثر نانوسيمهايي باطول تقريبي mm1 و قطر 40 تا 50 نانومتر باعث مقاومتهاي الكتريكي بين 50 و 80 مي شود.رشد نانو تيوبهاي كربن باعث نانوسيم هاي مستقل بين ستون هاي سيليكون ميكروساختار شده مي شود .
2-3-7 موانع تونل نانو ساختار شده :
موانع تونل زن درست مشخص شده براي همه دستگاهها با فرايندهاي تونل زن الكترون ضروري هستند . اين كار نياز به دستگاه هاي ابر رسانا دارد كه وابسته به تونل زن دوجانبهجفتهاي الكترون باموانعي از طريق تاثير جوسفسون (Josephson) هستند , اما دستگاههاي تونل زن الكترون تنها (SEM) نيز وجود دارد.چنين موانعي بايد از nm2 نازكتر باشد , چون احتمال انتقال الكترون عميقا با ضخامت مانع با توجه به زوال تصاعدي رسانايي تونل زنكاهش مييابد.بنابراين موانع ضخيمتر هيج تغيير يا مبدل انرژي قابل كاربردي, ارائهنميدهند.هماهنگي ضخامت مانع معمولاتوسط هماهنگي لايه نازكحاصل ميشود. تجزيه مستقيم لايه دي الكتريك با ضخامت معين شده بالا در گستره 1 تا 2 نانومتري در يك توده از لايه ها , دشوار است .بنابراين به جاي لايه هاي مستقيما رسوب شده , لايه هايي از يك فلز كم نجيب تر , اغلب در يك واكنش خود به خود با اكسيژن يا آب گنجانده شده در هوا به لايه دي الكتريك , اكسيد مي شوند كه مي توانند به عنوان يك مانع تونل زن استفاده شوند . چنين تشكيل كنترل شده از لحاظ شيميايي از لايه مايع تونل زن مي تواند توسط اكسيژن يا فشار سنجي آب , دما و مدت دوره شكل گيري در اتمسفر واكنشي , تنظيم شود.علاوه بر ضخامت , انبساط جانبي مانع تونل زن نيز براي دستگاه هاي SET مهم است . انبساط جانبي بايد پايين باشد تا ظرفيتهاي ادغام بالا حاصل شود . فرايند تغيير جداگانه بستگي به گنجايش اتصال دارد كه بايد پايين باشد.اين گنجايش بستگي به ضخامت مانع دارد اما اين ضخامت محدوديتهاي بالايي دارد كه با آن تونل زدن هنوز ميسر است . شاخص ديگري كه برروي گنجايش اثر مي گذارد , ناحيه است بنابراين براي كسب گنجايشهاي پايين , موانع نانو ساختار شده مورد نياز هستند.ابعاد كوچك جانبي موانع تونل زن با نانو ذرات فلزي يا دسته ها حاصل مي شوند كه توسط لايه هاي دي الكتريك فوق العاده باريك از اتصالات نيمه رسانا يا فلزي جدا ميشوند.لايه جدا كننده مي تواند يك ناحيه بزرگتر را پوشش دهد اما همانند يك مانع تونل زن , تنها در ناحيه اتصال با نانو ذراتها,عمل ميكند. موانعي با قطر كارآمد تنها nm4 تهيه شده است مثلا با اتصال دسته هاي AU4 نانومتري از طريق يك لايه 0- دي تيولكسي لول تك مولكول به يك لايه GaAs.تصوير كردن SEM , اتصالاتي با كوچكي ساختارهاي مسطح نمايش ميدهد.شيوه ديگر ساخت موانع تونل زن نانو ساختار شده , از اكسيداسيون محلي يك اتصال فلزي توسط STM يا نوكهاي رساناي AFM بهره ميگيرند.
(شكل 127)
بنابراين لايه فلزي از لحاظ آندي قطبي ميشود.بعد از نزديكي نوك كاوشگر,فلز بطور محلي اكسيد ميشود و يك مانع مستقر شده براي انتقال الكترون توليد ميكند.اين شيوه به فلزهاي قابل اكسيد نياز دارد نظير آلومينيم . به منظور نگه داري الكترون براي انتقال الكترون تنها كنترل شده,يك لايه فلزي همانند يك اتصال باريك , پيش از نوشتن يك جزيره از طريق اكسيداسيون محلي,پيش ساخته ميشود.نيمه رساناهاي نانو ساختار شده نيز ميتوانند همانند موانع براي انتقال الكترون تنهاي الكترواستاتيك استفاده شوند. بنابراين يك نانو اهرم مستقل از سليكون بسيار نقطه چين شده ميتواند با طول nm800 و يك برش عرضي nm80× nm24ساخته شود.يك الكترود دريچه دار در مجاورت دقيق اجازه احتمال انتقال الكترون كنترل شده تنها تا دماهاي k100 را ميدهد. موانع تونل زن مولكولي مي توانند توسط توليد شكاف هاي دوتايي و پر كردگي بعدي شكافها با لايه هاي دوتايي يا تك لايه اي مولكولي تهيه شوند (شكل 128).تهيه موانع تونل زن مولكولي عمودي با تشكيل يك تك لايه SAM ازپي– دي تيوهدروكينون بر روي يك سيم طلايي نازك انجام شده بود . بعد از تشكيل تك لايه , سيم به طور مكانيكي در يك مكان پاره ميشد.ساختن دوباره تك لايه بر هر دوي سمت شكاف پيش از ساختن مجدد دو بخش سيم توسط بخار حلال,روي داد.در اين حالت , يك لايه دوتايي SAM تشكيل ميشود.تكنيك شكننده , احتمالا ساخت اتصالات بار از طريق اتم هاي جداگانه را تسهيل ميكند.
شكل128
بررسيهاي نظري , احتمال تشخيص فوتون جداگانه را با كمك نانو ساختارها , اثبات مي كنند زنجيره تبديل كه فوتون ها را به يك سيگنال الكتريكي تبديل مي كند مورد نياز است . چنين بار فوتوني مي تواند با دستگاه اينترفرومتريك كوانتوم ابر رسانا خوانده شود (SQUIO) .
3-3-7 نقاط كوانتوم و مكان ذرات اوليه :
تبديل كنش الكتريكي پيشين به كنش كوانتوم باريزه سازي دستگاه ها ، به طور واضح براي كاهش دو ابعاد (سيم كوانتوم)قابل رويت است اما براي ساختارهاي محدود شده به سه بعد , نقاط كوانتوم (QD) چشمگير است . اين تاثير اندازه به اصطلاح كوانتوم (QSE) , هنگامي كه ابعاد ذره جامد كمتر از طول موج بروگلي دي الكترونهاي ظرفيتي باشد , به كار مي رود . نقاط كوانتوم توسط ليتوگرافي تجزيه فوق العاده بالا يا از طريق كنترل كيفيت در جامدها يا فرايندهاي رشد جامدها در مراحل اوليه تشكيل لانه اي , توليد مي شوند مثلا با فرايندهاي تجزيه خلا , يك جايگزين دقيق , ايجاد دسته ها مي باشد.اين كار مزيت ذرات دقيق مشخص شده با اندازه ثابت و گاهي حتي تعداد ثابت در دسته ها را داراست . بنابراين ايجاد زنجيره هاي ابر دسته اي با قطر nm6 از مرحله مايع و دسته ها مشاهده شده است و هر ابر دسته شامل 13 زير واحد از دسته مي شود . (AU55(pph3)12CL6) نانو ساختارها براي مجسم كردن تاثيرات كوانتوم بر روي نانوساختارها به كار مي روند . ايجاد جزاير فلزي كه حاوي الكترونهاي جداگانه باشند و اجازه مجسم كردن اين ذرات با موج دو تاييشان و مشخصات ذره را بدهند.مرجان كوانتوم حلقه شكل با 48 اتم آهن بر روي يك سطح بلوري cu ساخته شده بود و يكي از شگفت انگيزترين نتايج نانوتكنولوژي اوليه را نمايش داد . STM ميتواند براي مجسم كردن ساختار موج ثابت بانهايت پتانسيل هم مركزدرحلقه اي با قطر nm3/14, در دماهايپايين,استفادهشودواينامربعنوانساختارموجي الكترونبرگشتي سطحي, استنباط شده بود . جزاير نانوساختار شده كه بارهاي جداگانه را جمع ميكنند, عناصر ساختاري اصلي براي دستگاه هاي الكترون منفرد هستند .
4-3-7 نانوديودها :
نانوديودها از يك جامد با دو الكترود رساناي الكتريكي و نانو ساختار شده تشكيل شده اند كه توسط يك ناحيه كم رسانا تر جدا ميشوند.به جاي رسانايي پيشين كاهش يافته , يك مانع تونل زن نيز ميسر است.نانو ديودها ميتوانند توسط نوشتن محلي موانع با استفاده از اكسيداسيون محلي با AFM رسانا تهيه شوند . بنابراين يك اتصال فلزي – عايق - فلزي (MIM) توسط اكسيداسيون ساختارهاي نيوبيديم ضخيم nm4-3 در باريكه هاي پهن nm70 ساخته شده بودند.اكسيداسيون محلي لايه هاي تيتانيوم ضخيم nm3 با STM باعث ديودهاي تونل زن ميشوند كه منفعت پتانسيلي براي فرايندهاي تغيير دهنده در گستره كمتر از پيكوسكند ميباشند.به جاي جزاير جداگانه بر روي نانو ذرات , مجموعه هاي كوچكي از نانو ذرات نيز بعنوان جزاير الكترون در شكاف الكترود براي دستگاههاي SET قابل كاربرد هستند.اين دستگاهها از محاصره كوئولمب بهره مي گيرند كه تغييري در احتمال انتقال الكترون ها از طريق دو مانع متوالي با توجه به تغيير در باريك جزيره كوچك رسانا توسط تنها يك بار اوليه مي باشد (بخش 5-3-7) . يك محاصره كوئولمب در يك شكاف nm30 نانوساختار شده با دسته هاي طلايي با قطر nm3-1 , ثابت شده است.يك نانو ديود با يك تك لايه مولكولي و يك نانو دسته طلايي براي محدوديت الكترون توسط رسوب لايه بيفنيل انديستيول بر روي سوبستره Au پيش از دوره شكل گيري با نانو ذرات Au بر روي اين SAM تهيه شده بود.با استفاده از يك نوك STM قرار گرفته شده بر روي دسته AU , انتقال كنترل شده يك الكترون تنها مي توانست اثبات شود . تاثير قوي ديود بر روي تك لايه سيمي AU,TI,AU پي – تيواستيل بيفنيل مشخص شده بود . اين ساختار از طريق يك سوراخ nm30 در غشاي <span dir="ltr" style="line-height:
به وبلاگ من خوش آمدید تا جند روز ديكر بيش ازهزاران مطلب در اين وب قرار ميكيرد 
