44 В.В.Коледов Нанозахват и наноассемблирование для создания наноприборов скачать в хорошем качестве

44 В.В.Коледов Нанозахват и наноассемблирование для создания наноприборов

23 марта 2023 г. состоялось 44-е заседание междисциплинарного научного семинара «МЕХАНИКА: эксперимент, моделирование, приложения». Доклад "Механическое наноманипулирование и наноассемблирование с помощью самого маленького нанозахвата с эффектом памяти формы для создания единичных наноприборов" сделали В.В. Коледов, В.Г. Шавров, С.В. фон Гратовски, П.В. Лега, Институт Радиотехники и Электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, А.С. Шеляков, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Аннотация В докладе обсуждаются принципы создания на основе сплавов с термоупругим мартенситным переходом и эффектом памяти формы (ЭПФ), например, семейства Ti(NiCu), устройств и инструментов, способных двигаться и совершать механическую работу на наномасштабе, таких как нанопинцет, нанозахват, «нанопила». Обсуждаются, также, потенциальные области их применения для механического трехмерного наноманипулирования и обработки различных нанообъектов с целю создания новых наноэлектронных и нанофотонных приборов, бионаносенсоров и др. В первой части доклада обсуждаются физические процессы в сплаве при термоупругом мартенситном переходе в узком интервале температур, связанные с перестройкой симметрии кристаллической решетки из высокотемпературной кубической (аусетенитной) структуры в низкотемпературную низкосимметричную, например, орторомбическую (мартенситную) структуру, сверхупругость сверхпластичность. Понижение симметрии решетки приводит к формированию структуры двойников мартенситной фазы кристаллического сплава. В условиях внешних воздействий, формирование двойниковых структур приводит к резкому изменению макроскопических размеров (до 10 %) и формы образцов сплавов. Обратимость и управляемость процессов деформации может быть достигнута за счет композитной структуры наноинструмента. Композит с ЭПФ, это - биметаллическая пластина, в которой один из слоев – предварительно напряженный слой с ЭПФ, а другой слой выполнен из прочного упругого металла. Управляемость наноинструмента с ЭПФ достигается за счет применения локальных источников нагрева: сфокусированных лазерных пучков, микрорезистивных нагревателей и др. Способность к ЭПФ сохраняется вплоть до наномасштаба. Однако при уменьшении образцов сплавов с ЭПФ с размерами 1 мкм и менее наблюдаются принципиальные отличия протекания мартенситного перехода, и в частности зависимость температуры перехода от толщины и его полная блокировка на масштабах порядка десятков нанометров. Современные нанотехнологии позволяют создавать механические микро- и нано-инструменты с активными структурами порядка нескольких десятков нанометров и размером менее 1 мкм. Вторая часть доклада посвящена применению наноинструментов с ЭПФ в новой технологии механической нано-сборки «снизу вверх» для создания индивидуальных нано-устройств из разнообразных нанообъеков. Эта технология рассматривается как альтернатива традиционной технологии наносборки «сверху-вниз» для производства нано-микро-устройств. За последние десятилетия было создано множество различных наноматериалов, и нанообъектов с очень интересными физическими и функциональными свойствами. К таким наноматериалам относятся, например, одиночные одномерные наноуглеродные нанотрубки (УНТ) или нанопроволоки (НП), наностержни и т. д. Очень интересные функциональные свойства таких нанообъектов дают возможность конструировать единичные индивидуальные наноустройства на основе единичных нанообъектов для наномеханики, МЭНС/НЭМС, наносенсорики, нанооптики, нанофотоники, наноплазмоники, наноэлектроники и др. К таким наноустройствам относятся индивидуальные наномеханические нанорезонаторы, генераторы, переключатели, нано-сенсоры, нано-светодиоды, нано-диоды, нано-лазеры, нано-устройства плазмоники и фотоники, нано-антенны, нано-фотоэлектрические устройства, источники одиночных фотонов и многие другие. В научных лабораториях уже более 10 лет создаются прототипы этих наноустройств. Все эти отдельные наноустройства обладают многообещающими функциональными свойствами и открывают возможность создания нового поколения приборов в различных областях науки и технологий. Очень привлекательно использовать такие отдельные наноустройства в качестве строительных блоков и компонентов для нового поколения макроприборов и устройств для различных технологий во многих областях. Это дает возможность создавать, например, новые нано-микрочипы и макроустройства после сборки массивов из отдельных наноустройств вместе в систему. Перспективным развитием этого направления является нано-сборка, и фундаментальные и прикладные исследования путем совместного исследования механического, оптического и магнитного нанозахватов. В докладе обсуждаются новые альтернативные технологии, а именно - механическая восходящая 3D-наносборка и наноманипулирование с использованием наноинструментов из сплавов с ЭПФ. Приводятся примеры механического 3D-наноассамблирования «снизу вверх» с помощью нанопинцетов с ЭПФ.