Нанотехнологическая революция: когда будущее уже рядом

Нанотехнологии долго оставалась трендовой темой — еще до появления метавселенной и криптомиллионеров, и даже до того, как каждый ребенок начал мечтать о карьере блогера - инфлюенсера. На протяжении нескольких десятилетий аналитики и физики твердили — нанотехнологии вот-вот взорвут мир и изменят нашу жизнь в одночасье.

Прогноз не сбылся? На первый взгляд, кажется, что нет. Но на самом деле нанотехнологическая революция уже свершилась — просто это произошло тихо и не слишком заметно.

Наноизменения, глазу незаметные

Мы можем об этом не догадываться, но нанотехнологии сегодня везде — в микрочипах, в подушках безопасности, в смартфонах, принтерах, проекторах, и даже в 5G-девайсах.  

Крошечные чипы уже настолько интегрированы в нашу жизнь и наши гаджеты, что мы даже не заметили эти реальные примеры той самой революции, которую нам обещали все последние десятилетия.

Впрочем, многого из того, о чем убедительно рассказывали ученые, пока нет. Например, роботов размером с молекулу, патрулирующих наши кровеносные сосуды и ремонтирующих поврежденные стенки. Но, возможно, ключевое слово здесь «пока».

Сейчас создание реальных наномашин подразумевает извлечение выгоды из тех сотен миллиардов долларов, которые вложены в совершенствование производства микрочипов с самого момента их появления.

Полезные наноустройства

Стремление технологических компаний выпускать все более быстрые и энергоэффективные устройства стимулировало разработку фантастически сложного и дорогого оборудования.

ASML — один из ведущих мировых производителей линий, выпускающих микрочипы — исследует и создает продукцию с учетом запросов основных клиентов: Intel, Samsung и TSMC World. Но при фирме функционирует подразделение, обслуживающее частных клиентов, которые хотят нечто иное, а не просто банальные микрочипы. Поэтому ведущий производитель использует в работе MEMS.

MEMS — или микроэлектромеханические системы — это классический пример крошечных машин, выпускаемых на предназначенном для производства микрочипов оборудовании. За последние десятилетия MEMS достаточно сильно уменьшились в размере.

Для того, чтобы смартфон передавал и принимал различные радиочастоты, необходимые для связи с вышками сотовой связи, подключения к сети Wi-Fi или беспроводным наушникам, он должен уметь отфильтровывать все случайные помехи.

Поэтому в телефон встроены крошечные радиофильтры, без которых не может функционировать ни одно из беспроводных устройств. Микрочипы и радиоантенны — статичные гаджеты, а миниатюрные устройства, от которых они зависят, способны перемещаться. Они вибрируют на той же частоте, что и сигнал, который следует принять или передать, а иногда работают на частоте, которая должна быть отфильтрована — как скопление крошечных камертонов.

Микроэлектромеханические системы есть и в других привычных нам устройствах. Система стремительно перемещающихся зеркал размером с эритроциты, установленных в домашних проекторах — это тоже MEMS.

Другой пример современных наномашин — «металенсы». Эти мини-гаджеты манипулируют светом, а не электричеством. Принципиально новый вид линзы умеет трансформировать лучи способами, которые раньше требовали целого набора обычных линз. Преимущество металенсов в том, что они тонкие и почти плоские. Под микроскопом вообще похожи на плюшевый ковер, поскольку покрыты крошечными столбиками — каждый высотой в одну тысячную ширины человеческого волоса. Подобная структура позволяет металенсам изгибать свет необычным способом.

Несколько стартапов используют технологию металенс в коммерческих приложениях. Среди них — компания Metalenz, анонсировавшая сделку с производителем полупроводников STMicroelectronics по выпуску 3D-датчиков для смартфонов. Это применение металенсов может позволить более широкому кругу производителей телефонов использовать 3D-зондирование для технологии Apple Face ID.

Ученые уверены, что разблокировка телефона с помощью лица — это только начало пути. Металенсы обладают возможностями, которых нет у обычных линз, поэтому их можно использовать в автомобильных камерах и высокотехнологичных медицинских устройствах.

Мал и еще меньше

Следующим этапом в нанотехнологии может стать еще более значительное уменьшение и без того крошечных устройств. Кроме того, ученые хотят отыскать альтернативу кремнию в микрочипах будущего. Для этого уже тестируются графен и другие двумерные материалы.

Возможность использования обновленных нанотехнологий позволит разрабатывать микрочипы, необходимые для следующего поколения сверхмощных квантовых компьютеров, которые сейчас пытаются создать правительства и технологические компании.

Конечной целью всех разработок остается использование электронного пучка для быстрого удаления, добавления или модификации атомов на поверхности. В результате получается система, которая напоминает 3D-печать — только на атомном уровне.

Сейчас исследования в этом перспективном направлении поддерживаются Semiconductor Research Corp. Это некоммерческая организация, спонсируемая почти всеми ведущими компаниями по производству и проектированию чипов. Она создана в начале 1980-х гг. для проведения фундаментальных исследований, которые когда-нибудь могут быть использованы в производстве электроники. Похоже, нас все же ждет очередная стадия нанотехнологической революции.

Источник: WSJ