تحقیق و پروژه رایگان - 213

اين مطلب در تاريخ: چهارشنبه 25 فروردین 1395 ساعت: 10:34 منتشر شده است
برچسب ها : تشخيص مولكول هاي زيستي با ميكرومكانيك,

نويسنده:reyhaneh

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

کاربرد نانوساختارهاي کربني در ساخت ادوات گسيل الکتروني

بازديد: 127

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,

کاربرد نانوساختارهاي کربني در ساخت ادوات گسيل الکتروني

مقدمه
نانوساختارهای کربنی از رشد قابل ملاحظه‌ای در سال‌های اخير برخوردار بوده‌اند. همگام با ساير کشورها در ايران نيز تحقيقات در زمينه نانوساختارهای کربنی از رشد فزاينده‌ای برخوردار می‌باشد. در آزمايشگاه تحقيقاتی لايه نازک دانشگاه تهران در زمينه ساخت نانولوله‌های کربنی و کاربرد آنها در ساخت ادوات گسيل الکترونی، پژوهش مستمری در چند سال گذشته انجام شده است که قسمتی از آن به صورت مقاله زير ارائه می‌شود.
آزمايش‌ برروی نانولوله‌های کربنی با استفاده از رشد آنها بر روی بسترهای سيليکونی و با تکنيک بخار شيميايي انجام می‌گيرد. در اين روش که به صورت شماتيک در شکل (1) به نمايش گذارده شده است گازهای حاوی کربن (خصوصا استيلن) مورد استفاده قرار مي‌گيرند که در رآکتوری از جنس کوارتز و در حضور پلاسمای سرد، به صورت راديکال‌های مناسب در آمده و برروی هسته‌بندی مناسبی از عنصر کاتاليستی مانند نيکل و يا کبالت لايه‌نشانی می‌گرند. در صورتی که شرايط محيطی مانند دما و فشار گاز و نيز ميزان کاتاليست و دانه‌بندی اوليه آن مناسب باشند، رشد نانوساختارها به صورت عمودی و با خلوص و پراکندگی مناسب انجام می‌گيرد. علاوه بر گاز استيلن که عامل لايه‌نشانی کربن می‌باشد گاز هيدروژن نيز از اهميت بالايی برخوردار می‌باشد و در تعيين هسته‌بندی اوليه لايه کاتاليزور و نيز اصلاح رشد نانولوله‌ها نقش تعيين‌کننده‌ای را بازی می‌کند.
در شکل‌های (2) و (3) تصاويری با ميکروسکوپ الکترونی مربوط به برخی نمونه‌ها ارائه شده است که نمايش‌دهنده اثر شرايط رشد برروی کيفيت نانوساختارها می‌باشد.

شکل (2) نمايشی از رشد بدون حضور پلاسمای سرد (شکل راست) و رشد متراکم نانولوله‌های کربنی در حضور پلاسمای سرد (سمت چپ). بدون پلاسما يک رشد کاملاً نامنظم حاصل می‌شود.

شکل (2) نشان‌دهنده رشد بدون نظم مشخص می‌باشد که بدون حضور پلاسما و صرفاً در شرايط گرمايشی حاصل شده است. لازم به ذکر است که دمای رشد نانوساختارهای کربنی با استفاده از پلاسمای سرد بين 550 و 650 درجه سانتيگراد می‌باشد که معمولا بدون حضور پلاسما منجر به رشد کاملاً نامنظم می‌گردد.

شکل (3) رشد نانولوله‌های کربنی از هسته‌های نيکلی به صورت عمودی. در شکل سمت راست رشد متراکمی از نانوساختارهای کربنی به صورت عمودی مشاهده می‌گردد. دانه‌بندی اوليه عنصر کاتاليزور (نيکل) اهميت بالايی در اين رشد همگون دارد.

در شکل (3) رشد نانولوله‌های کربنی به صورت تقريباً عمودی و حجيم ديده می‌شود که در حضور پلاسما و با چگال توانی در حدود mW/cm2 10 حاصل شده است. در بسياری از موارد نياز به چنين رشد متراکمی داريم که از موارد مهم آن نمايشگرهای گسيل الکترونی از نوک‌های تيز نانولوله‌های کربنی می‌باشد. اين‌گونه ساختارها با توجه به شکل بسيار تيز خود امکان خروج الکترون با اعمال ولتاژهای پايين را مهيا می‌سازند. گسيل الکترونی از نوک لوله‌ها در اثر اعمال ولتاژ به آنها کاربردهای متعدد ديگری از جمله در ساخت اشعه‌های الکترونی متمرکز[ 1و2 ]و فرآيند ليتوگرافي دارد.

نانوساختارهای گسيل الکترون
پس از رشددادن نانولوله‌ها، با استفاده از روش انباشت بخار شيميايي (CVD)، اکسيد تيتانيوم را به صورت بخار شيميايی و در فشار اتمسفری بر روي آنها لايه‌نشاني مي‌کنيم. اين مرحله در همپوشانی نانوساختارها از اهميت بالايی برخوردار می‌باشد. اين مرحله در همپوشاني نانوساختارها از اهميت بالايي برخوردار مي‌باشد. چرا كه به نانوساختارهاي نيمه‌توخالی و به صورت لوله‌ای امكان تحقق مي‌دهد. سپس با استفاده از روش لايه‌نشاني با تبخير به کمک باريکة الکتروني، لايه‌اي به ضخامت 1 ميکرومتر از فلز کروم روي آن مي‌نشانيم. اين لايه نشانی برای ايجاد گيت‌های کنترل‌کننده برای ترانزيستورها و نيز بعنوان لنزهای الکتروستاتيکی در حالت ليتوگرافی مورد استفاده قرار می‌گيرد.
براي آشکار شدن نوک نانولوله‌ها، از روش زدايش مکانيکي_شيميايی استفاده مي‌کنيم. در مرحلة بعدي با استفاده از تکنيک plasma-ashing نوک نانولوله‌ها را باز مي‌کنيم. استفاده از گاز حاوی اکسيژن در اين مرحله نقش اساسی دارد، چرا که بدون صدمه‌زدن به ساختارهای محافظت‌کننده، فقط نانوساختارهای کربنی را بسوزاند تا به‌تدريج از ارتفاع نانولوله‌ها کاسته شده، به شکل مناسب دست يابيم.
شکل 4 نحوة عملکرد و شمای اين ساختار را نشان مي‌دهد. بدين ترتيب نانولوله‌ها براي گسيل الکتروني آماده مي‌شوند. با اعمال ولتاژ مناسب بين نانوساختارهای کربنی از يک طرف و صفحه مقابل که نقش‌ آند را بازی می‌کند از طرف ديگر، جريان الکترون‌ها آشکار شده و ميزان اين جريان به وسيله ولتاژ بر روی گيت کاهش می‌يابد. قسمت ديگر شکل 4، تصوير ميکروسکوپ الکتروني از ساختار کامل شده نانولوله‌ها را نشان مي‌دهد. با توجه به انجام مرحله پوليش مکانيکی – پلاسمايی، برخی از نانولوله‌ها که از شرايط مناسبی از نظر ارتفاع و قطر برخوردار نيستند عملا در ارسال جريان الکتريکی نقشی ندارند.

شکل (4) نماي شماتيک يک نانوساختار کربنی و استفاده آن در ساخت ساتع کننده الکترونی. توضيح بيشتر در متن آورده شده است. در تصوير مقابل نمايشی از تصوير ميکروسکوپ الکترونی مربوط به مجموعه‌ای از اين ساتع کننده‌های الکترونی مشاهده می گردد.

صفحه آند که معمولاً از جنس ويفر سيليکوني می‌باشد در فاصله مناسب از بستر توليدکننده الکترون قرار می‌گيرد. در شکل‌های زير رفتار الکتريکی مجموعه‌ای از نانوساختارهای کربنی به نمايش گذارده شده است که حاکی از عملکرد مناسب اين مجموعه می‌باشد.
ساختارهای نانومتری که در اين مقطع محقق شده‌اند قابليت انجام ليتوگرافی در ابعاد نانومتری را نيز دارند. در شکل‌های زير برخی از نتايج اين تحقيق آورده شده است که حاکی از موفقيت اين تکنيک در شکل‌دهی با ابعاد بسيار کوچک می‌باشد. برای اين منظور بستر حاوی نانولوله‌ها را در فاصله‌ 100 ميکرومتري از لايه حساسي که روي بستر سيليکون نشانده شده است، قرار مي‌دهيم. سپس بعد از اعمال ولتاژي حدود 100-80 ولت بين صفحه بالايي و پشت بستر نانولوله‌ها، آنها را نسبت به هم به حرکت در مي‌آوريم. اتصال ديگري بر روي فلز

شکل (5) نمايش رفتار الکترونيکی نانوساختارهای کربنی با پوشش دولايه از جنس اکسيد تيتانيوم و فلز. شکل چپ نشان‌دهنده جريان آشکار شده در طرف آند با توجه به ولتاژهای آند-کاتد. شکل راست نشان‌دهنده جريان آشکار شده در آند و کنترل آن توسط گيت ترانزيستور می‌باشد.

شکل (6) :تاثير پرتو الکتروني گسيل شده روي ماده‌ي حساس پليمري به همراه حرکت خطي که توسط سيستم مکانيکي ايجاد شده است.

نانولوله‌ها برقرار مي‌کنيم و با اعمال ولتاژ منفي بر آن(نسبت به بستر نانولوله‌ها) پرتوي الکتروني را باريک‌تر مي‌کنيم. الکترونها در اثر انرژی‌اي که پيدا می‌کنند به سمت صفحه آغشته شده به لايه‌ حساس شتاب مي‌گيرند و روی اين ماده تاثيرات شيميايی از خود به جا مي‌گذارند تا در مرحلة حکاکی طرح، الگو روی نمونه حکاکی شود.
بعد از اينکه اشعه الکترونی متمرکزي به قطر 100 نانومتر ساختيم، نمونه را در زمان‌های مناسبی در معرض برخورد اشعه الکترونی قرار داديم. بعد از اين مرحله لايه نازکی از طلا را جهت ظاهرشدن الگو توسط دستگاه تبخير خلا، لايه‌نشانی کرديم. اثر گسيل الکتروني بر روي ماده حساس پليمري را توسط ميکروسکوپ الکتروني آناليز کرديم. شکل6، تصاوير SEM حاصل از گسيل الکترون از نوک نانولوله‌ها را نشان مي‌دهد. قسمت الف اين شکل، اثر گسيل الکتروني يک نانولوله را در مدت 1 دقيقه نشان مي‌دهد. همچنين در قسمت ديگر، اثر گسيل خوشة (cluster) متشکل از چند نانولوله در همان مدت زمان ديده مي‌شود.
نتيجه گيری
در اين مقاله گذری به پيشرفت‌های حاصل‌شده در آزمايشگاه لايه نازک دانشگاه تهران، که منجر به توليد نانولوله‌های کربنی و نانوساختارهای کربنی گرديده است شده است. با استفاده از قابليت‌های زيادی که در اين نانوساختارها موجود می‌باشد، امکان استفاده از آنها در ليتوگرافی در مقياس نانومتری و در جهت ساخت ترانزيستورهای MOSFET زير 100 نانومتر مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه اين روند تحقيقاتی امکان بهبود اين نانوساختارها در تحقق کريستال‌های فوتونی و نمايشگرهای با دقت بالا بررسی خواهند شد.

مراجع

[1] Guillorn, M. A., M. D. Hale, V. I. Merkulov, M. L. Simpson, G. Y. Eres, H. Cui, A. A. Puretzky, and D. B. Geohagen "Integrally gated carbon nanotube field emission cathodes produced by standard micro-fabrication techniques," J. Vac. Sci. Tech. B. Vol. 21, May 2003, 957-959.

[2] Wang, Q.H., Yan, M, and Chang, R P H, Flat panel display prototype using gated carbon field emitters. Applied-Physics-Letters (USA), 78, 1294, 2001.

[3] J. Koohsorkhi ; H. Hosseinzadegan ; S. Mohajerzadeh; M. D. Robertson; “Novel self-defined field emission transistors with PECVD-grown Carbon Nano-tube on silicon substrates” presented at Device Research Conference 2004.

[4] J. Koohsorkhi ; H. Hosseinzadegan ; S. Mohajerzadeh; E. Asl Soleimani and E. Arzi; “PECVD-grown carbon nano-tube on silicon substrate suitable for realization of field emission devices” Journal of Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, accepted for published, 2004.

منبع:http://www.nano.ir

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد

اين مطلب در تاريخ: چهارشنبه 25 فروردین 1395 ساعت: 10:33 منتشر شده است
برچسب ها : کاربرد نانوساختارهاي کربني در ساخت ادوات گسيل الکتروني,

نويسنده:reyhaneh

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

تکنيکهاي تصويربرداري در نانوتکنولوژي

بازديد: 121

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,

تکنيکهاي تصويربرداري در نانوتکنولوژي

در مهندسي نانو، چگونگي نشست هر لايه اتم بايد كنترل شود، چون درستي ساختار هر لايه اتم شديداً وابسته به جزئيات ترتيب اتم هاي سطحي است كه روي آن نشسته اند، بنابراين بايد بتوان ترتيب اتم ها يا ساختار سطح را ديد، بدين منظور نياز به گروه جداگانه اي از دستگاه هاي تشخيص دهنده داريم كه بتوان به وسيله آنها ترتيب دوبعدي اتم ها را در خارجي ترين لايه اتم هاي ماده و حتي ساختار توده اي سه بعدي اتم ها را تشخيص داد. ميكروسكوپ هاي كاوشگر (1SPM) از اين دسته دستگاه هاي تشخيص دهنده مي باشند. SPMها اغلب در هوا يا مايع و بدون آماده سازي نمونه يا با حداقل آماده سازي نمونه به كار مي روند. ميكروسكوپ نيروي اتمي (2AFM) و ميكروسكوپ تونل زننده (3STM) در گروه SPM قرار مي گيرند. هر SPM از يك پروب تيز براي اسكن سطح نمونه به صورت نقطه به نقطه و خط به خط استفاده مي كنند تا نقشه اي از سطح ايجاد كند. ساده ترين نقشه اي كه SPM به وجود مي آورد نقشه سه بعدي سطح است. در اين مقاله جزئيات بيشتري در اين دو مورد بيان خواهد شد.

اين مقاله در مجله فرايند خزر انجمن مهند سي شيمي (سال هفتم- بهار 1383) دانشکده فني و مهندسي دانشکاه مازندران به چاپ رسيده است"

1 - مقدمه:

نانوتکنولوژي زمينه هيجان انگيزي از علم وتکنولوژي است که مي تواند شانس بزرگ و بي سابقه اي را در افق ديد ما قرار دهد؛ توانايي چيدن و دوباره سازي ساختارهاي ملکولي. نانوتکنولوژي تاثير زيادي بر هرانچه که مي سازيم مي گذارد.ساختن هر چيز به غير از مرتب کردن اتم ها نيست، اگر بتوانيم اتم ها را با دقت بيشتر، هزينه کمتر وانعطاف بيشتر در کنار هم قرار دهيم آنگاه تمام محصولاتي را که در دنياي کنوني توليد مي کنيم ، تغيير اساسي خواهند کرد. بعنوان مثال مي توان دستگاهها و وسايل جراحي را در اندازه و دقت ملکولي توليد کرد بطوري که قادر باشند وارد سلول شوند، جايي که بيشتر بيماريها از آنجا منشاء مي گيرند.

پايه اين زمينه هيجان انگيز يک حقيقت بسيار ساده است: اتمها مي توانند در بي نهايت حالت مختلف چيده شوند، درحال حاضر ما فقط در صد بسيار کوچکي از آنچه که احتمال دارد را مي توانيم بسازيم.

اگر بتوانيم 100 اتم را در يک نانومتر مکعب قرار دهيم و هر اتم بتواند جزئي از صد قسمت باشدآنگاه در حدود 100 100 راه متفاوت براي چيدن اتم ها در يک نانومتر مکعب خواهيم داشت.يک ميکرون مکعب چنين احتمالي را به 100 100000000000 گسترش مي دهد.

نانوتکنولوژي راه حلهاي جديدي براي تغيير شکل سيستم هاي طبيعي ارائه مي کند و مي تواند زمينه وسيع تکنولوژيکي براي کاربرد در بعضي حوزه ها مانند فرآيندهاي بيوزيستي در صنعت و پزشکي ملکولي (مثلاً براي تشخيص و معالجه بيماري ها،پيوند اعضاي بدن ، جراحي نانومقياس، ساخت دارو وانتقال دارو به هدف ) ، رسيدگي به تاثيرات محيط زيستي نانوساختارها(مانند غلبه بر آلودگيهاي زيست محيطي توسط نانو فيلترها ) ، بهبود سيستم هاي کشاورزي وغذايي(مانند افزايش محصولات کشاورزي ، محصولات جديد غذايي ، نگهداري غذا) ، محصولات جديد شيميايي و پتروشيميايي (مانند ساخت کريستالهاي جديد، نانو پليمرها) را فراهم کند.

در مهندسي نانو،چگونگي نشست هر لايه اتم بايد کنترل شود، چون درستي ساختار هر لايه اتم شديداً وابسته به جزئيات ترتيب اتم هاي سطحي است که روي آن نشسته اند. بنابراين بايد بتوان ترتيب اتم ها يا ساختار سطح را ديد. بدين منظور نياز به گروه جداگانه اي از دستگاههاي تشخيص دهنده داريم که بتوان به وسيله آنها ترتيب دو بعدي اتم ها را در خارجي ترين لايه اتم هاي ماده وحتي ساختار توده اي سه بعدي اتم ها را تشخيص داد.ميکروسکوپهاي کاوشگر ( SPM ) از اين دسته دستگاههاي تشخيص دهنده مي باشند. SPM عبارتي کلي براي کليه تکنيکهايي است که ماده را در مقياس ميکروني تا کمتر از آنگستروم اسکن مي کنند. برخلاف ميکروسکوپهاي الکتروني که به خلاء وآماده سازي نمونه احتياج دارند، SPM ها اغلب در هوا يا مايع وبدون آماده سازي نمونه يا با حداقل آماده سازي نمونه به کار مي روند.

ميکروسکوپ نيروي اتمي( AFM nbsp;) وميکروسکوپ تونل زننده ( STM ) در گروه SPM قرار مي گيرند.هر SPM از يک پروب تيز براي اسکن سطح نمونه به صورت نقطه به نقطه و خط به خط استفاده مي کند تا نقشه اي از سطح ايجاد کند. ساده ترين نقشه اي که SPM به وجود مي آورد نقشه سه بعدي سطح است.

2- ميکروسکوپ نيروي اتمي

ميکروسکوپ نيروي اتمي يکي از دهها ميکروسکوپ بررسي کننده دقيق است که توسط کواتو باينينگ در سال 1986 ساخته شد.اين نوع ميکروسکوپها با اندازه گيري خواص موضعي مثل ارتفاع، جذب نور يا مغناطيسس با پروب يا نوک بسيار نزديک به نمونه کار مي کنند.

فاصله کم نمونه- پروب (به منظور وضوح دستگاه)امکان اندازه گيري را روي کل يک سطح کوچک هموار مي سازد وعکسهاي حاصل روي يک صفحه نمايشگر نمايان مي شوند. برخلاف ميکروسکوپهاي سنتي سيستم هاي پروب - اسکن از لنز استفاده نمي کنند. AFM (شکل 1) براساس اندازه گيري ميزان جذب يا دفع نيروها بين نمونه و تيپ کار مي کند.

در حالت «تماس دفعي » دستگاه به آرامي تيپ موجود در انتهاي فنر فلزي يا ديرک را با نمونه تماس مي دهد،همچنان که دسته اسکن کننده نوک را روي نمونه مي کشد ، يک نوع دستگاه آشکارسازانحراف عمودي ديرک را اندازه مي گيرند، که به اين ترتيب ارتفاع موضعي نمونه مشخص مي شود. شکل 1: مفهوم AFM وپايه نوري 12 . (چپ ) ديرک نمونه را لمس مي کند،(راست) پايه نوري ؛ اسکنر بنابراين در حالت تماس ، A FM نيروهاي بين نمونه و نوک را اندازه مي گيرد.

در حالت غير تماسي ، AFM عکسهاي موضعي را با استفاده از اندازه گيري نيروهاي جذب دريافت مي کند در حاليکه نوک با نمونه تماس ندارد.در اين حالت عکسبرداري از نمونه در زير آب امکان پذير نيست.

AFM مي تواند به وضوح pm 10 برسد و برخلاف ميکروسکوپهاي نوري هم در آب و هم در هوا قدرت عکسبرداري دارد.

به طور کلي AFM ها از اصول ضبط صوت پيروي مي کنند، البته ظرافتهايي دارند که آنها را قادر مي سازد قدرت تشخيصي در حد اتمي داشته باشند، که اين ظرافتها عبارتند از:

• آشکار ساز حساس

• ديرک هاي انعطاف پذير

• نوک هاي تيز

• توانايي بالاي تجزيه مکان نوک –نمونه

• پس خور نيرو

• نوک معمولي (شکل a 2) با m m 3 بلندي و شعاع انتهايي nm 30.

شکل 1: مفهوم AFM وپايه نوري. (چپ ) ديرک نمونه را لمس مي کند،(راست) پايه نوري ؛ اسکنر

لوله اي قطر nm 24 را اندازه مي گيرد، طول ديرک m m 100 است.

2-1 انواع نوک هاي AFM

با استفاده از روشهاي ميکروليتوگرافي مي توان نوک هاي ارزان و کاملاً موثر ساخت.

شکل 2: سه نوع نوک متداول( a ) نوک معمولي ( b ) نوک سوپر ( c ) اولترا لور

معمولاً نوکها با شعاع انتهايي شان توصيف مي گردند.عموماً در تاثير متقابل نمونه ونوک ، شعاع انتهايي قدرت وضوح AFM را محدود مي کند. بنابراين در حال حاضر توسعه نوکهاي تيزتر از اولويتهاي اصلي است.

سه نوع نوک متداول وجود دارد:

• نوک معمولي (شکل a 2) با m m 3 بلندي و شعاع انتهايي nm 30.

• نوک اشعه الکتروني ته نشين شده دريا سوپر تيپ ( شکل b 2 ) اصلاح شده نوک هاي معمولي است که با ته نشست القا شده پرتو الکتروني مواد حاوي کربن توسط فرو بردن مستقيم نوک معمولي به درون اشعه الکتروني ميکروسکوپ پيمايشگر الکتروني حاصل مي شود. به خصوص اگر ابندا ديرک ها با روغن فنري پوشيده شود، اين نوع نوک حاصل خواهد شد.اگر طيف مثبت اشعه الکتروني بر روي زاويه راس به مدت چند دقيقه متوقف شود، نسبت جانبي بالاتري دارد.

نوک سوپر بلند وباريک است و براي بررسي حفره ها و شکافها مناسب است.در بعضي موارد شعاع انتهايي آن بيشتر از يک نوک معمولي است.

• اولترا لور ( c 2 ) است که توسط فرآيند اصلاح شده ميکروليتوگرافي ساخته مي شود، اين نوع نوک نسبت جانبي نسبتاً بالايي دارد وشعاع انتهايي آن به هنگام لزوم حدوداً nm 10 است.

a	b	c

2-2 پس خور نيرو در AFM

حضور حلقه پس خور يکي از ظريفترين تفاوتهاي بين AFM ودستگاههاي اندازه گيري سوزني قديمي تر مثل ضبط صوت است. AFM نه تنها نيروي وارد بر نمونه را اندازه مي گيرد، بلکه آنرا تنظيم مي کند. بنابراين مي توان با صرف نيروهاي بسيار کم تصاوير را به دست آورد.

شکل 3: حلقه پس خور 17 AFM . يک شبکه جبراني انحراف ديرک را نشان مي دهدو آنرا با ميزان کردن نمونه (يا ديرک) ثابت نگه مي دارد.

شکل 3: حلقه پس خورAFM . يک شبکه جبراني انحراف ديرک را نشان مي دهدو آنرا با ميزان کردن نمونه (يا ديرک) ثابت نگه مي دارد.

حلقه پس خور (شکل 3) شامل يک اسکنر لوله اي است که ارتفاع کامل نمونه را کنترل مي کند و يک ديرک و پايه نوري که ارتفاع موضعي نمونه را اندازه مي گيرند. حلقه پس خور با تنظيم ولتاژ به کار گرفته شده در اسکنر تلاش مي کند انحراف ديرک را ثابت نگه دارد. حلقه پس خور با فرکانس 10 kHz به يک دقيقه زمان براي تصوير براداري نياز دارد. يک نکته جالب توجه اين است که حلقه پس خور مي تواند انحراف ديرک را سريعتر اصلاح کند، به اين ترتيب AFM سريعتر مي تواند تصوير برداري کند. بنابراين يک حلقه پس خور که درست بنا شده باشد، براي عملکرد ميکروسکوپ ضروري است.

2-3 روش هاي تصوير برداري در AFM

تقريباً تمام AFM ها وضعيت هر نمونه را به دو روش استاندارد اندازه مي گيرند: با اندازه گيري ثابت پس خور خروجي (" Z ") يا انحراف ديرک (" خطا " ) ( شکل 3 ). مجموع اين دو سيگنال همواره توپوگرافي شکل 4: عکسبرداري توپوگرافيک از انحراف بالابه پايين ديرک استفاده مي کند، در حاليکه عکسبرداري اصطکاکي از انحراف پيچشي 18 استفاده مي کند . واقعي را نشان مي دهد، اما با استفاده از حلقه پس خور کاملاً تنظيم شده ، از سيگنال خطا مي توان چشم پوشي کرد.البته AFM روش ديگري غير از اين دو روش براي تصوير برداري دارد.

پايه نوري AFM مي تواند اصطکاک بين نوک ونمونه را اندازه گيري کند. اگر اسکنر نمونه را عمود بر محور ديرک حرکت دهد ( شکل 4) اصطکاک بين نوک ونمونه با عث مي شود که ديرک پيچ بخورد.

يک حسگر نوري که در دو بعد حساس مکاني است مي تواند حرکت چپ – راست منتج شده از اشعه ليزر انعکاس يافته از حرکت بالا –پايين ايجاد شده توسط تغييرات توپوگرافيکي را تشخيص دهد.

شکل 5 عکسي از اتمهاي گرافيت است که در آن اصطکاک وتوپوگرافي با هم نشان داده شده اند.هر برآمدگي يک اتم کربن را نشان مي دهد.همچ

شکل 4: عکسبرداري توپوگرافيک از انحراف بالابه پايين ديرک استفاده مي کند، در حاليکه عکسبرداري اصطکاکي از انحراف پيچشي استفاده مي کند .

بنابراين AFM مي تواند اصطکاک نوک- نمونه را هنگام عکسبرداري از توپوگرافي نمونه اندازه گيري کند.در کنار اندازه گيري خواص نمونه ، اصطکاک ( نيروي افقي يا انحراف افقي ) مي تواند اطلاعات مفيدي در مورد تاثير متقابل نوک- نمونه بدهد.

شکل 5 عکسي از اتمهاي گرافيت است که در آن اصطکاک وتوپوگرافي با هم نشان داده شده اند.هر شکل 6: نمودار تقاطعي داده هاي اصطکاکي از شکل 5 برآمدگي يک اتم کربن را نشان مي دهد.همچنان که نوک از راست به چپ حرکت مي کند، با برخورد به هر اتم به پشت آن مي چسبد.اسکنر به حرکت ادامه مي دهد ونيروهاي افقي 19 ساخته مي شوند تا زماني که نوک از اتم عبور کند و به پشت اتم بعدي بچسبد.اين رفتار « چسبيدن – عبور کردن» چين خوردگي موجي شکل را در تصوير اصطکاک ايجاد مي کند.( شکل 8 )

شکل 5: تصوير nm 5/2 * 5/2 همزمان توپوگرافي و اصطکاک highly oriental pyrolytic graphite(HOPG) . برآمدگي ها چين خوردگي توپوگرافي اتمي وانعکاس هاي رنگي نيروي افقي روي نوک را نشان مي دهد. جهت تصوير برداري از راست به چپ است.

شکل 6: نمودار تقاطعي داده هاي اصطکاکي از شکل 5

شکل 7: AFM مي تواند الاستيسيته نمونه را با فروبردن نوک درون نمونه واندازه گيري انحراف ديرک تصوير کند

2-4 اندازه گيري الاستيسيته

AFM مي تواند نرمي يک نمونه را با فشار دادن پايه بر هر نقطه نمونه در هنگام تصويربرداري اندازه گيري کند.اسکنر با تغيير نوسان (معمولاً از 1 تا nm 10) بوسيله يک مقدار از پيش تعيين شده نمونه را بالا مي برد يا ديرک را پايين مي آورد.ميزان انحراف ديرک بستگي به نرمي نمونه دارد،نمونه سخت تر باعث انحراف بيشتر ديرک مي شود (شکل 7).

شکل 7: AFM مي تواند الاستيسيته نمونه را با فروبردن نوک درون نمونه واندازه گيري انحراف ديرک تصوير کند

شکل 8 عکسي از Bovin serum albumin(BSA) که يک پروتئين مي باشد را روي سيليکون نشان مي دهد. به جرات مي توان گفت که هر کدام از برآمدگي ها که در تصوير توپوگرافي ظاهر شده ، مربوط به يک ملکول BSA است. تصوير الاستيسيته نشان مي دهد که هر برآمدگي نسبت به سوبستراي سيليکون نرمتر است و همان چيزي است که از ملکولهاي پروتئين انتظار مي رود.

شکل 8: عکس شبيه سازي شده ازتوپوگرافي (چپ )و الاستيسيته (راست ) از BSA روي سيليکون

2-5 AFM در مهندسي شيمي وبيوتکنولوژي :

توانايي AFM براي تصويربرداري در وضوح اتمي به همراه توانايي آن براي عکسبرداري از انواع متفاوت نمونه ها در شرايط گوناگون ، باعث علاقه مندي زيادي براي استفاده از آن براي مطالعه ساختارهاي شيميايي و بيولوژيکي شده است .اندازه گيري مکانيک بين ملکولي يک ملکول پروتئين،ساپروملکولهاي شيميايي، ملکول هاي پليمري يا نانوذرات نرم با AFM انجام شده است. تصاوير زيادي نيز از DNA وسلولهاي زنده گرفته شده است. همچنين از AFM براي بدست آوردن استحکام پيوند بين ملکولي يک جفت ملکول در محلولهاي فيزيولوژيکي استفاده شده است.

متاسفانه AFM نمي تواند از تمام نمونه ها در مقياس اتمي عکسبرداري کند.شعاع انتهايي نوک هاي دردسترس وضوح اتمي را به نمونه هاي تخت 20 ومتناوب مثل گرافيت نسبتا محدود مي کنند. به علاوه به دليل نرمي ساختارهاي بيولوژيکي ، تاثير متقابل نوک –نمونه ،تمايل به از شکل اندختن يا تخريب آنها در بعضي از موارد دارد.

براي مثال شکل (9) نشان مي دهد که چگونه نيروهاي به کار گرفته شده روي فيبر کلاژن تمايل به جداسازي آنها از روي سوبسترا در يک دوره زماني دارد، که اين باعث از شکل افتادن بيشتر نمونه مي شود.

شکل 9: عکسهاي 50،1و 100 برابر شده از فيبرهاي کلاژن کوچک. تصويربرداري تکراري از يک ناحيه نشان مي دهد فيبرها از سوبستراي شيشه اي جدا شده اند، که باعث تغيير شکل در جهت تصويربرداري مي شود، از چپ به راست و از بالا به پايين شکل 9: عکسهاي 50،1و 100 برابر شده از فيبرهاي کلاژن کوچک. تصويربرداري تکراري از يک ناحيه نشان مي دهد فيبرها از سوبستراي شيشه اي جدا شده اند، که باعث تغيير شکل در جهت تصويربرداري مي شود، از چپ به راست و از بالا به پايين شکل 9: عکسهاي 50،1و 100 برابر شده از فيبرهاي کلاژن کوچک. تصويربرداري تکراري از يک ناحيه نشان مي دهد فيبرها از سوبستراي شيشه اي جدا شده اند، که باعث تغيير شکل در جهت تصويربرداري مي شود، از چپ به راست و از بالا به پايين

3- ميکروسکوپ تونل زنده

ميکروسکوپ تونل زن (STM) از ترتيب اتمهاي سطح با استفاده از امواج حس شده در دانسيته الکتروني سطح که از مکان اتمهاي سطح ناشي مي شود، عکس مي گيرد(شکل 10). با استفاده از اين تکنيک ميکروسکوپي مي توان سطوح رساناي الکتريکي را تا مقياس اتمي مورد بررسي قرارداد. STM امکان جديدي براي تشخيص اينکه چگونه شرايط فرآيند آماده سازي مي تواند روي جزئيات اتمي سطح ماثر باشد، فراهم مي کند. شکل 10: دياگرام شماتيکي از ميکروسکوپ تونل زن

شکل 10: دياگرام شماتيکي از ميکروسکوپ تونل زن

در STM نمونه به وسيله يک نوک فلزي بسيار نازک اسکن مي شود.نوک به شکل مکانيکي به اسکنر متصل است،اسکنر يک دستگاه تعيين کننده موضع XYZ است که توسط مواد پيزوالکتريک کار مي کند.

نمونه اندکي بار مثبت يا منفي دارد، بنابراين اگر نوک با نمونه تماس يابد، يک جريان کوچک،« جريان تونل زن » جاري مي شود. با کمک جريان تونل زن،الکترونيک پس خور فاصله نوک ونمونه ثابت نگه داشته مي شود.اگر جريان تونل زن از ميزان فعلي اش بيشتر شود، فاصله بين نوک ونمونه افزايش مي يابد واگر از اين مقدار کمتر شود، پس خور فاصله را کم مي کند.نوک خط به خط سطح نمونه را پيروي از توپوگرافي نمونه اسکن مي کند.

3-1 جريان تونل زن

دليل توانايي بسيار زيا د STM در مقياس اتمي ، خواص فيزيکي جريان تونل زن است.

شکل 11: تماس تونلي نوک –نمونه و شکل تواني مربوت به آن

وقتي جريان تونل زن جاري مي شود، از فاصله اندکي که نوک را از نمونه جدا مي کند، عبور مي نمايد.اين مورد در فيزيک کلاسيک امکان پذير نيست اما با به کارگيري روشهاي بهتر مکانيک کوانتوم قابل توجيه مي باشد.جريان تونل زن به شکل تواني با افزايش فاصله ( d ) کاهش مي يابد (شکل 11).

K,k ثابت اند I= K×U×e -(k×d) ;

تغيير بسيار کم در فاصله نوک –نمونه باعث تغييرات زيادي در جريان تونل زن مي شود، بنابراين فاصله نوک-نمونه بايد بسيار دقيق اندازه گيري شود.

جريان تونل زن، توسط خارجي ترين اتم واقع در قسمت بيروني نوک ايجاد مي شود،اتمهاي نزديکتر به اين اتم مقدارکمي جريان ايجاد مي کنند،بنابراين سطح تنها به وسيله يک اتم اسکن مي شود.جريان تونل زن با کنده کاري يا کشيدن يک سيم نازک فلزي به راحتي به دست مي آيد. براي درک بهتر اين موضوع مثال زير را در نظر بگيريد:

يک تپه مخروطي از ماسه را روي زمين تصور کنيد، اگر به دقت آنرا بررسي کنيد،آنگاه خواهيد ديد که يک دانه ماسه خارجي ترين قسمت قله را تشکيل مي دهد، اکنون جاي تپه را با نوک عوض کنيد با توجه به اين نکته که جريان تونل زن با فاصله به شکل تواني کاهش مي يابد ،جريان تونل زن جاري مي شودو سطح نمونه با خارجي ترين اتم اسکن مي شود.

4- نتيجه گيري:

تاثيرنانوتکنولوژي بر زندگي بشر بسيار فراتر از آن چيزي است که در نگاه اول به نظر مي رسد. با يک بررسي اجمالي در مي يابيم که فناوري هاي نوين همگرا هستند ودر نهايت همگي آنها از آنچه که در طبيعت براي ميليونها سال انجام شده سرمشق مي گيرند. نانوتکنولوژي مي تواند تغييرات اساسي در زمينه توليد مواد، ذخيره انرژي ،ذخاير غذايي و... ايجاد کند.همچنين مي تواند سيستم هاي دارويي- پزشکي ، کشاورزي، شيميايي و پتروشيميايي را به خوبي تغيير دهد. اما هر علم وتکنولوژي جديدي به ابزار وتجهيزاتي براي رسيدن به اهداف خاص آن شاخه از علم نياز دارد. بي ترديد تکنيکهاي تصوير برداري از ابزار اوليه و بسيار مهم نانوتکنولوژي مي باشند که در اين مقاله بطور اجمالي بخشهاي از آن مورد بررسي قرار گرفته است. پيش بيني مي شود که از نانوتکنولوژي نيزهمانند ساير فناوري ها استفاده نامطلوب گردد. به منظور جلوگيري از توسعه نانوتکنولوژي در جهت اهداف نظامي عاقلانه به نظر مي رسد که بر ارزش آن درمهندسي، پزشکي ، محيط زيست وکشاورزي تا کيد شود.

1 دانشگاه مازندران- دانشکده فني و مهندسي- بخش مهندسي شيمي- آزمايشگاه تحقيقاتي نانوذرات

دانشگاه تربيت مدرس تهران- دانشکده فني و مهندسي- بخش مهندسي شيمي- گروه بيوتکنولوژي 2

آدرس تماس: *

دکتر محسن جهانشاهي- دانشگاه مازندران- دانشکده فني و مهندسي- بخش مهندسي شيمي- آزمايشگاه تحقيقاتي نانوذرات-

منبع:http://www.nano.ir

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد

اين مطلب در تاريخ: چهارشنبه 25 فروردین 1395 ساعت: 10:19 منتشر شده است
برچسب ها : تکنيکهاي تصويربرداري در نانوتکنولوژي,

نويسنده:reyhaneh

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

محاسبات کوانتومي: كيوبيت‌ها

بازديد: 95

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,

محاسبات کوانتومي: كيوبيت‌ها

بيت‌هاي كوانتومي يا كيوبيت‌هاي معادل كوانتومي ترانزيستورهايي‌اند كه رايانه‌هاي امروزي را تشكيل داده‌اند. وجه مشترك تمام كيوبيت‌ها آن است كه مي‌توانند از وضعيتي به وضعيت ديگر سوئيچ شوند تغيير وضعيتي که مي‌توان از آن براي نشان دادن دوتايي (صفر و يك) اطلاعات استفاده نمود.
كيوبيت‌ها داراي يكي از چهار نوع ذره كوانتومي فوتون، الكترون، اتم و يون مي‌باشند. فوتون‌ها با يكديگر برهم‌كنش خوبي ندارند، اما مي‌توانند به آساني از نقطه‌اي به نقطه ديگر جابه‌جا شوند و اين خاصيت آنها را به گزينه‌اي مناسب جهت انتقال اطلاعات كوانتومي تبديل مي‌كند؛ الكترون‌ها، اتم‌ها و يون‌ها بر خلاف فوتون‌ها، به آساني با هم برهم‌كنش دارند، اما جابه‌جايي خوبي ندارند و به همين دليل براي پردازش و ذخيره اطلاعات كوانتومي بسيار مناسب مي‌باشند.

فوتون‌ها

ميدان الكتريكيِ فوتون‌هاي غير قطبي، در صفحه‌اي عمود بر جهت حركت فوتون به ارتعاش درمي‌آيد. اما ميدان‌هاي الكتريكي فوتون‌هاي قطبي، تنها در يكي از چهار جهت داخل صفحه (عمودي، افقي و در جهت دياگونال) مرتعش مي‌شود و اين دو جفت قطبش به ترتيب نشان‌دهنده وضعيت‌هاي صفر و يك هستند.
فوتون‌ها را مي‌توان با آينه و فيلترهاي قطبي‌كننده كنترل نمود. اين فيلترها تمام فوتون‌ها به غير از فوتون‌هاي با يك جهت قطبش معين را در خود نگه مي‌دارند. همچنين مي‌توان از چرخه موج يا فاز فوتون‌ها و نيز زمان رسيدن آنها، به جاي كيوبيت استفاده نمود.

الكترون‌ها

الكترون‌ها داراي دو جهت اسپين بالا و پايين، همانند دوقطب يك آهنربا، مي‌باشند و مي‌توان با استفاده از ميدان‌هاي الكتريكي مغناطيسي يا نوري، آنها را در يكي از اين دو وضعيت قرار داد. همچنين مي‌توان از موقعيت الكترون در يك نقطه كوانتومي براي نمايش يك عدد دوتايي (صفر يا يك) استفاده نمود.

اتم‌ها و يون‌ها

اتم‌ها و يون‌ها از الكترون‌ها پيچيده‌تر مي‌باشد و به روش‌هاي متعددي مي‌توان از آنها براي نمايش اطلاعات استفاده كرد. يون‌ها؛ در واقع؛ اتم‌هاي باردار هستند كه بار آنها ناشي از دريافت کردن و يا از دست دادن الكترون مي‌باشد.
اتم‌ها نيز همانند الكترون‌ها داراي جهت اسپيني هستند كه مي‌توان از آن براي نمايش يك رقم دوتايي در يك كيوبيت استفاده نمود. همچنين از موقعيت الكترون لايه خارجي اتم- در سطح انرژي پايين‌تر يا بالاتر- هم مي‌توان براي نمايش صفر و يك‌ها استفاده نمود. همچنين اتم‌هايي كه به دام انداخته شده و ثابت مي‌شوند داراي ارتعاشات كوانتومي گسسته‌اي خواهند بود كه از آن نيز مي‌توان در كيوبيت‌ها استفاده نمود.
نوع چهارم كيوبيت‌هاي‌ اتمي، مبتني بر سطوح فوق ظريف يا ارتعاشات بسيار ريز سطوح اربيتال‌هاي الكتروني است كه حاصل برهم‌كنش‌هاي مغناطيسي بين هسته و الكترون است.

كيوبيت‌ها

كيوبيت‌ها از ذرات كنترل شده‌اي تشكيل شده‌اند و در واقع ابزارهاي به دام اندازي دارند. اين كيوبيت‌ها چهار نوع مي‌باشند:
دام‌هاي يوني، نقاط كوانتومي، ناخالص‌هاي نيمه‌رسانا و مدارهاي ابررسانا.

دام‌هاي يوني

دام‌هاي يوني براي نگهداشتن هر كدام از يون‌ها از ميدان‌هاي مغناطيسي و يا نوري استفاده مي‌كنند. محققان تاكنون توانسته‌اند شش يون را دريك تك دام يوني نگه دارند. فناوري دام يوني به خوبي جا افتاده و احتمال دارد كه بتوان با استفاده از آن در سطح انبوه به توليد كيوبيت‌ها پرداخت. به دليل باردار بودن يون‌ها، آنها در برابر نويز زيست محيطي آسيب‌پذيري بيشتري نسبت به اتم‌هاي خنثا دارند.

نقاط كوانتومي

نقاط كوانتومي در واقع بيت‌هايي از مواد نيمه‌رسانا شامل يك يا چند الكترون است. اين نقاط كوانتومي را مي‌توان با الكترون‌هاي منفرد بارگذاري نمود و به آساني آنها را در ابزارها و تجهيزات الكترونيكي جاي داد در عين حال نمونه‌هاي اوليه نقاط كوانتومي تنها در دماهاي فوق‌العاده پايين كار مي‌كنند.

ناخالص‌هاي نيمه‌رسانا

اتم‌هاي قرار داده شده در مواد نيمه‌رسانا معمولاً ناخالصي يا نقص تراشه‌هاي رايانه‌اي به حساب مي‌آيند. ساخت تراشه خالص بسيار دشوار است و علي‌رغم تمام تلاش‌هاي انجام شده، در هر چند ميليارد اتم نيمه‌رسانا يك اتم ناخواسته وجود خواهد داشت.
كيوبيت‌هاي از جنس ناخالصي نيمه‌رسانا، از الكترون موجود در اتم‌هاي فسفر يا ديگر اتم‌هايي كه به طور مصنوعي در ماده نيمه‌رسانا قرار داده شده‌اند استفاده مي‌كنند و حالت اين الكترون‌ها را مي‌توان با استفاده از ليزر يا ميدان الكتريكي كنترل نمود.

مدارهاي ابررسانا

مدارهاي ابررسانا، مدارهايي الكتريكي هستند كه از مواد ابررسانا تشكيل شده‌اند در اين مواد امكان حركت الكترون‌ها تقريباً بدون هيچ‌گونه مقاومتي در دماي پايين فراهم مي‌شود. اين مدارها به چندين روش مي‌توانند كيوبيت‌ها را تشكل دهند. از جمله اين روش‌ها حرکت جريان الكتريكي است كه مي‌توان آن را در يك لحظه در دوجهت و در يك وضعيت كوانتومي ابرمكاني حرکت داد.
الكترون‌ها از طريق ابررسانا با جريان جفت مي‌شوند و ميلياردها از اين جفت‌ها،‌ ماده‌اي را تشكيل مي‌دهند كه وقتي ابررسانا يك شكاف بسيار ريز داشته باشد، به صورت يك ذره زيراتمي بزرگ عمل مي‌كند.
وقتي يكي از مدارها، از طريق اتصال Josephson،‌ به منبعي از جفت الكترون‌ها متصل شود، تعداد اين جفت الكترون‌ها تغيير مي‌كند و اين تغيير قابل اندازه‌گيري است. مدارهاي ابررسانا را مي‌توان با استفاده از همان روش‌هاي توليد نيمه‌رسانا ساخت.
مزيت اساسي اين روش آن است كه از ميليون‌ها و يا ميلياردها الكترون استفاده مي‌شود و ديگر نيازي به كنترل تك‌تك ذرات نيست. البته عيب اين كار آن است كه انجام آن فقط در دماهاي بسيار پايين امكان‌پذير است.

دام‌هاي نوري

اتم‌هاي خنثاي به دام افتاده در دام‌هاي نوري، نوع ديگري از كيوبيت‌ها مي‌باشند که به علت قدرت كافي امواج نور در سطح اتمي براي به دام انداختن و كنترل ذرات، از آنها استفاده مي‌شود. كار اين دام‌ها بسيار شبيه آسياب بادي است. اتم‌ها آسيب‌پذيري كمتري در برابر نويز دارند، اما واداشتن آنها به هم‌‌كنش سخت‌تر است.

منبع:http://www.nano.ir

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد

اين مطلب در تاريخ: چهارشنبه 25 فروردین 1395 ساعت: 10:17 منتشر شده است
برچسب ها : محاسبات کوانتومي: كيوبيت‌ها,

نويسنده:reyhaneh

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

بررسي ادبيات، چالش‌ها و کاربردهاي نانوفوتونيک با نگاهي گذرا به زيرساخت هاي توسعه آن

بازديد: 95

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,

بررسي ادبيات، چالش‌ها و کاربردهاي نانوفوتونيک با نگاهي گذرا به زيرساخت هاي توسعه آن

به علوم و فناوري‌هاي مربوط يا به كار گيرنده نور و فوتون (ذره بنيادي نور) كه به برهم‌كنش‌هاي بين نور و ماه مي‌پردازند فوتونيك گفته مي‌شود . بازار جهاني تجهيزات نانوفوتونيك از 421 ميليون دلار در سال 2004 به 3/9 ميليارد دلار 2009 خواهد رسيد. كاربردهاي كوتاه مدت نانوفوتونيك به چهار دسته اصلي نمايشگرها، ديودهاي نورافشان، سلول‌هاي خورشيدي (دريافت كننده‌هاي انرژي خورشيدي) و حسگرهاي زيست شيميايي تقسيم خواهد شد.

نانوفوتونيک چيست ، چه مي‌کند و چه خواهد بود؟
با نگاهي گذرا به زيرساخت
براي روشن‌شدن مفهوم و گستره نانوفوتونيك بالاجبار بايد تبييني مختصر از دو حوزه تشكيل‌دهنده آن يعني فوتونيك و فناوري‌نانو ارائه دهيم. ابتدا توضيح مختصري راجع به فوتونيك خواهيم داد.
اصولاً به علوم و فناوري‌هاي مربوط و به كار گيرنده نور و فوتون (ذره بنيادي نور) كه به برهم‌كنش‌هاي بين نور و ماه مي‌پردازند فوتونيك گفته مي‌شود كه ليزر، اپتيك،‌تصويري‌سازي نوري و الكترونيك نوري از حوزه‌هاي اصلي آن هستند.
اما فناوري‌نانو چيست و تأثيرات آن بر فوتونيك چيست؟
دربارة تعاريف فناوري‌نانو، منابع و ادبيات آن چنان مفصلي وجود دارد كه به سختي بتوان تعريف واحد و پذيرفته شده‌اي از آن ارائه كرد.

شكل 1- ماهيت ميان رشته‌اي

مثالي كه براي نشان دادن اين تعدد تعاريف استفاده مي‌شود اين است كه اگر از پنج صاحب‌نظر در حوزه نانو نظرخواهي شود، احتمالاً آنان پنج تعريف متفاوت از فناوري‌نانو ارائه خواهند كرد.
يكي از آنها به مواد و كاربردها، يكي به تجهيزاتي كه دستكاري و تجسم اشيا و فرآيندها در سطح مولكولي را ممكن مي‌سازند و ديگري به تمايز بين نانومواد و نانوفرآيندهاي ساخت بشر و آنهايي كه به طور طبيعي به وجود مي‌آيند، اشاره خواهد كرد.
يك مورد هم احتمالاً بيشتر به اين نكته كه فناوري‌نانو چه چيزي نيست اشاره خواهد كرد تا اين كه چه چيزي هست. به طور مثال يك فناور به اين نكته اشاره مي‌كند كه فناوري‌نانو را نبايد به هر آن چه در سطح مولكولي اتفاق مي‌افتد اطلاق كرد در غير اين صورت بايد به فعاليت يك متصدي بار در آمريكا كه براي توليد نوعي نوشيدني، مولكول‌هاي مخمر جو سياه را با مولكول‌هاي نوشيدني شيرين افسنطين تركيب مي‌كند، فناوري‌نانو اطلاق كنيم.
حال به سراغ تعريفي مي‌رويم كه كاربرد بيشتري دارد (احتمالاً نفر پنجم!) و به ما براي رسيدن اهداف‌مان در اين مقاله بيشتر كمك خواهد كرد:
به گفته بروس ويزمن، استاد دانشگاه رايس كه اولين مركز تحقيقاتي دانشگاه فناوري‌نانو در آمريكا را در سال 1993 تأسيس كرده است يك هم‌گرائي در جامعة علمي براي رسيدن به يك تعريف استاندارد شده وجود دارد كه مي‌توان آن را اين گونه بيان كرد: دستكاري ماده در سطح مولكولي و اتمي براي به وجود آوردن ساختارهاي مهندسي شده براي كاربردهاي معين.
تأثيرات فناروي نانو بر فناوري فوتونيك چقدر خواهد بود؟
به طور بالقوه بسيار زياد. بنابر گزارش منتشر شده در ژانويه 2005 به وسيله Business Communications (Norwalk)، بازار جهاني تجهيزات نانوفوتونيك از 421 ميليون دلار در سال 2004 به 3/9 ميليارد دلار در سال 2009 خواهد رسيد که كاربردهايي كليدي، بين ديودهاي نورافشان و نور ميدان- نزديك متغير خواهد بود.
حوزه‌هاي كاربردي نانوفوتونيك
يكي از گزارش‌هايي كه امسال توسط شركت Strategies با مسئوليت نامحدود در mountainview کانادا منتشر شده است، اشاره مي‌كند كه كاربردهاي كوتاه مدت نانوفوتونيك به چهار دسته اصلي نمايشگرها، ديودها، نورافشان، سلول‌هاي خورشيدي (دريافت كننده‌هاي انرژي خورشيدي) و حسگرهاي زيست شيميايي تقسيم خواهد شد و بازار نهايي آن از مسائل مربوط به امنيت و پزشكي تا هوش كنترل شده و فناوري اطلاعات و ارتباطات گسترده خواهد بود.
در حوزه فناوري‌هاي تواناساز سه فناوري كه رشد بيشتري نسبت به ديگر فناوري‌هاي نانوفوتونيك داشته‌اند نقاط كوانتومي، نانولوله‌هاي كربني و بلور‌هاي فوتونيكي بوده‌اند.
نقاط كوانتومي در حجم وسيعي براي كاربردهايي چون زيست پزشكي توليد مي‌شوند. همين طور نانولوله‌هاي كربني كاربردهاي جديدي در خودرو، پزشكي، نمايشگرها و محاسبات مي‌يابند. بلور‌هاي فوتونيكي نيز به جهان نانو هجوم آورده‌اند. به طور مثال در IBM محققان از بلور‌هاي فوتونيك براي ساخت مدارهاي نانوفوتونيك استفاده مي‌كنند ‌(كه هم‌اكنون 200 تا 300 نانومتر هستند) كه هدف نهايي آنها به وجود آوردن ‌نانوفوتونيك با قابليت تطبيق‌پذيري با نيمه‌رساناهاي اكسيد فلزي يا همان CMOSها براي دستيابي به توليد انبوه مدار مجتمع‌هاي فوتونيكي و به طور تدريجي مدارهاي نانوئي 100 نانومتري و كوچكتر است.
شناسايي زيرساخت‌هاي حياتي براي توسعه نانوفوتونيك :
سؤالي كه پيش آمد اين است كه در صورتي كه كشور ما بخواهد به توسعه نانوفوتونيك پرداخته و از كاربردهاي آن بهره‌مند گردد، كدام فناوري‌ها نقش حياتي‌تري را در اين راه ايفا خواهند كرد و در صورت عدم وجود آنها تلاش براي دسترسي به آنها در اولويت قرار خواهد گرفت كه البته پاسخ به چنين سؤالي نياز به تحقيقات عميق و طولاني مدت دارد كه از حوصلة اين مقاله خارج است ولي براي به دست آوردن يك پاسخ ابتدايي و نسبتاً منطقي مي‌توان از يك مدل ساده استفاده كرد.
ابتدا بايد كاربردهاي اصلي نانوفوتونيك و فناوري‌هاي مربوط به هر كدام را شناسايي نمود و بررسي كرد كدام فناوري‌ها به اكثر كاربردهاي مادر مربوط مي‌شوند كه البته در اين راه بايد به دليل يافتن پاسخي قطعي‌تر براي كاربردهاي مختلف است ضريبي قائل شد. فناوري‌هايي كه از اهميت كمتري برخوردارند و نمره بالائي كسب نكرده، مشخص شوند تا تلاش براي دسترسي به آنها باعث صرف منابع در زمينه‌هاي بدون اولويت نشود.
همان طور كه ذكر كرديم كاربردهاي كوتاه مدت و سودآوري نانوفوتونيك به چهار دسته اصلي نمايشگرهاي ديود نورافشان، پيل‌هاي خورشيدي و حسگرهاي زيست شيميايي تقسيم خواهند شد، پس ما براي فناوري‌هاي مربوط به اين 4 دسته ضريب 2 قائل خواهيم شد.

كاربردها	فناوري‌هاي مرتبط
نمايشگرها	نانولوله‌هاي كربني، نانوذرات
ديودهاي نورافشان	نانوذرات، بلور‌هاي فوتونيكي
سلول‌هاي خورشيدي	نانوسيم، فولرين‌هاي كربني، فناوري مواد آلي، نانوذرات
حسگرها وعلامت‌گذارهاي سيال زيست شيميايي	نانوذرات، نانوسيم، بلور‌هاي فوتونيكي، نانوسيالات، SPR (تشديد پلاسمون سطح ما فيبرهاي ميكروساختار، فوتونيك‌هاي سيليكوني
ليزرهاي ديودي	نقاط كوانتومي، بلور‌هاي فوتونيكي
ارتباط دروني تراشه	نانوذرات، بلور‌هاي فوتونيكي، فوتونيك‌هاي سيليكوني
حسگرها و جفتگرهاي نوری	نانوذرات، فوتونيك‌هاي سيليكوني
ليتوگرافي با ابزار لیزر	اپتيك‌هاي زير طول موج
فيبرهاي ويژه	فيبرهاي ميكروساختار

شكل 2- كاربردهاي اصلي نانوفوتونيك و فناوري‌‌هاي مرتبط

	نمايشگرها 2×	ديودها نورافشان2×	سلول‌هاي خورشيدي 2×	حسگرها و علامت‌گذارهاي زيست شيميايی 2×	ليزرهاي ديودي	ارتباط درون تراشه	حسگرها و جفتگرهاي نوري	ليتورافي با ابزار لیزر	فيبرهاي ويژه
نانولوله‌هاي كربني	ü
نانوذرات	ü	ü		ü	ü	ü	ü
بلورهاي فوتونيكي		ü		ü		ü
نانوسيم			ü	ü
فولرين‌هاي كربني			ü
فناوري مواد آلي			ü
نانوسيالات				ü
SPR (تشديد پلاسمون سطح)				ü
فيبرهاي ميكروساختار				ü					ü
فوتونيك‌هاي سيليكوني				ü	ü	ü
اپتيك‌هاي زير طول موج							ü
نقاط كوانتومي				ü

شكل 3- بررسي بر كاربردترين فناوري‌ها در نانوفوتونيك

نمره محاسبه شده براي هر يك از فناوري‌ها بدون اعمال ضريب:

نانوذرات= 5	بلور‌هاي فوتونيكي=4	فوتونيك‌هاي سيليكوني=3	نانوسيم= 2	فيبرهاي ميكروساختار= 2
فولرين‌هاي كربن= 1	فناوري مواد آلي= 1	نانوسيالات= 1	SPR= 1	نانولوله‌هاي كربني= 1
اپتيك‌هاي لیزر زیر طول موج=		نقاط كوانتومي= 1

اولويت‌هاي به دست آمده بدون اعمال ضريب:

1- نانوذرات

2- بلور‌هاي فوتونيكي

3-فوتونيك‌هاي سيليكوني

4- نانوسيم

5- فيبرهاي ميكروساختار

نمره محاسبه شده براي هر يك از فناوري‌ها با اعمال ضريب:

نانولوله‌هاي كربني=2	نانوذرات= 8
بلور‌هاي فوتونيكي=6	فناوري‌ مواد آلي=2
فولرين‌هاي كربني = 2	فوتونيك‌هاي سيليكوني=5
SPR= 2	نقاط كوانتومي=1
فيبرهاي ميكروساختار=3	نانوسيم=4
اپتيك‌هاي زير طول موج=1	نانوسيالات=2

اولويت‌هاي به دست آمده با اعمال ضريب:

1- نانوذرات

2- بلور‌هاي فوتونيكي

3-فوتونيك‌هاي سيليكوني

4 - نانوسيم

5- فيبرهاي ميكروساختار

همان گونه كه ملاحظه نموديد نتايج به دست آمده در هر دو روش يكسان مي‌باشد كه اين مسأله مي‌تواند به معناي تأكيد بر اولويت‌هاي به دست آمده باشد.
مراكز مهم تجاري نانوفوتونيك در جهان
مسأله بعدي يافتن راهكارهايي براي توسعه اين فناوري‌ها و در مرحله بعد تجاري‌سازي كالاهاي نانوفوتونيك است كه به احتمال قوي و طبق نتايج به دست آمده تحقيقات مديريت راهبردي، يكي از مؤثرترين اين راهكارها همكاري با مؤسسات مهم تجاري و تحقيقاتي نانوفوتونيك دنيا است.
در اين مقاله ما به اختصار به معرفي مراكز پيشرو تجارت نانو فوتونيك در جهان مي‌پردازيم،‌ ضمن اين كه مراكز تحقيقاتي و دانشگاهي نانوفوتونيك در مقاله‌اي ديگر به طور جداگانه بررسي خواهند شد.
• در زمينه نانوذرات و نانوبلور‌ها شركت‌ها Evident technology در نيويورك آمريكا و Nanosolutions در هامبورگ آلمان جزو مهمترين شركت‌ها هستند.
• در زمينه استفاده از نانولوله‌ در نمايشگرها شركت DuPont در دلاوير آمريكا و Samsung در سئول كره جنوبي مهمترين مراكزند.
• شركت‌هاي Konarka در ماساچوست آمريكا و STMicroelectronics در جنوا سوئيس فعالترين مراكز تجاري درباره سلول‌هاي خورشيدي هستند و بزرگترين شركت‌هايي كه درباره سيم‌ها و بلور‌هاي فوتونيكي فعال هستند. NanoOpto در نيوجرسي آمريكا و LittleOptics در مري لند آمريكا هستند.
آينده و چالش‌هاي نانوفوتونيك
در طول سال‌ها، نانوفوتونيك از توسعه مواد در نيمه‌رساناها و مفاهيم توسعه در فيزيك اتمي و خود ساماني در علوم شيمي سود برده است و اين مسئله منجر به اين شده است كه بازۀ وسيعي از مفاهيم و كاربردها زير چتر نانوفوتونيك قرار گرفته و راهي را به سوي فوتونيك مولكولي باز كرده‌اند كه چشم‌انداز فوق‌العاده‌اي را به ما مي‌نماياند.
اگر چه هنوز اپتيك و ليزر ابزارهاي مقدماتي در تجارت نانو هستند، ولي جالب است ذكر كنيم كه در حالي كه فوتونيك بيشتر شامل تجهيزات سامانه‌ها و زيرسامانه‌ها‌ است، نانوفوتونيك بيشتر به كاربردهاي فناوري‌هاي اپتيكي موجودبراي ساخت، دستكاري و تصويربرداري از اشياء در قطع‌هاي نانوئي و مولكولي مي‌پردازد.
در حقيقت يكي از كاربردهاي اصلي نانومقياس در فناوري‌هاي نوري تعيين مشخصات است، كه در كاربرد فلوئورسانس و طيف‌نمائي نوري و تكنيك‌هاي مرتبط در تحقيقات براي تعيين مشخصات بهتر با ابزاري مانند مواد نانولوله‌اي و فرآيندهاي مولكولي شاخص‌ترين موارد هستند.
يشرفت‌هاي به دست آمده در تكنيك‌هاي نوري و غير نوري منجر به تصاوير با دقت بسيار بالا از اشياء بسيار ريز مي‌باشد.
محققان بيان مي‌كنند كه در تمام تحقيقات نانوئي از روش‌هاي مشابهي از تعيين مشخصات به وسيله نور استفاده شده است ولي مشكل اصلي نانوساختارها مانند نانولوله‌ها، تفاوت‌هاي ساختاري فراوان آنها است كه چالش‌هايي ‌را فراروي "گزينش انتخابي" قرار داده است. محققان اين رشته بايد به طور مداوم با چنين مشكلي دست و پنجه نرم كنند.
حل اين مسأله براي توليد انبوه و در مقياس بالاي فناوري‌ها و تجهيزات نانوفوتونيكي حياتي است. حتي نانولوله‌هاي كربني نيز كه هم اكنون در حجم‌هاي تقريباً انبوه توسط بعضي توليد كنندگان ساخته مي‌شوند هنوز از عدم وجود استانداردهاي قابل اطمينان رنج مي‌برند كه اين مسأله تأثير مهمي بر كارآئي بسياري از كاربردهايش دارد.
محققان در آزمايشگاه‌هاي مختلف از روش‌هاي مختلف استفاده مي‌كنند و اين گونه است كه نتايج كار آنها مي‌تواند متفاوت باشد و توليد كنندگان نانولوله‌ها در كنترل تركيبات محصول دچار مشكلاتي اساسي مي‌شوند كه اين مسأله در حقيقت، تحقيقات و بعضي از جنبه‌هاي تجاري‌سازي را كند مي‌كند. با اين موضوع همچنين از بعضي از كاربردهاي بسيار ظريف كه مي‌توانند از خواص نوري بسياري دقيق سود برند، جلوگيري مي‌كند. بنابر اين تلاش‌هاي بسياري براي توليد نانولوله‌هاي كربني با كنترل و گزينش بيشتر صورت مي‌گيرد.
از سوي ديگري تلاش‌ها به سمت كنترل تغييرات خواص مواد متمركز شده است كه در حين ساختار يافتن اشياء به کمک نور رخ مي‌دهد.
ديگر محققان نيز در حل كار بر روي نانومواد و نانوتجهيزاتي هستند كه از لحاظ زيست محيطي و زيستي سازگارتر باشند. از سوي ديگر، هزينه بالا،‌ زمان بر بودن و قابليت بالقوه تخريب طبيعي ديگر چالش‌هايي بوده‌اند كه گروهي از محققان را واداشته است كه براي استفاده از فرآيندهاي طبيعي نانوئي مانند خزه‌هاي دريايي و نوعي از غبار كه فرآيندهاي نانوئي در آن رخ مي‌دهد در محصولات و سطوح ديگر تلاش‌هايي را صورت دهند.

منبع:http://www.nano.ir

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد