Судьба японского левши

Эта история началась с того, что в США, в начале 1980 года Д. Эйглер и его сотрудники нанесли на никелевую подложку атомы ксенона, выложив из них название своей фирмы – IBM. Они сделали это, преследуя чисто рекламные цели. Используя сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), Уцуги в Японии повторил их трюк – изобразил серебром аббревиатуру NTT на пленке Ag₂Se, но, проявив при этом японскую изобретательность, добился не только шумной известности в научных кругах, но и коммерческого успеха. Впрочем, обо всем по порядку.

Начнем с того, что СТМ мало похож на привычный нам тубус с окулярами, а представляет собой остро заточенную платиновую иглу (диаметр острия – несколько ангстрем!), которая под контролем компьютера движется над «рассматриваемой» поверхностью. К игле и материалу приложено напряжение в несколько вольт. Когда расстояние между этими своеобразными электродами сокращается до нескольких ангстрем (10^–10), они начинают обмениваться так называемыми туннельными электронами – возникает электрический ток. Чем ближе кончик иглы к поверхности исследуемого образца, тем больше сила тока. Это сигнал компьютеру для корректировки траектории движения иглы. Достаточно заранее задать ЭВМ определенное значение силы тока (в опыте Уцуги оно составило 0,1 Å), соответствующее конкретному, и она без вмешательства человека будет выдерживать расстояние между иглой и поверхностью. Итак, игла движется над образцом, в точности повторяя все его неровности. А компьютер по изменению силы тока фиксирует рельеф поверхности. Так действует этот новый нановариант всем известного эхолота.

Однако читатель ошибется, если решит, что для работы на таком инструменте вовсе не требуются твердая рука и верный глаз. Уцуги выводил штрихи своей микрокартины со скоростью 0,2 нанометра в миллисекунду. То есть за час игла СТМ пройдет расстояние 0,72 мм. Ширина букв составила 40 нм, высота – 70, а ширина канавок всего 13 при глубине 3 нм. Напомним, что нанометр – это одна миллиардная доля метра, миллисекунда равняется тысячной секунды, а размер самого маленького атома, водорода, – 0,16 нм. Таким образом, специалисты получили в свое распоряжение «мелкоскоп», который различает отдельные атомы: полированная поверхность будет для него чем-то вроде Гималаев, а отдельная молекула – кочкой на равнине! Недаром создатели СТМ Г. Рорер и Г. Биннинг (сотрудники цюрихской лаборатории IBM) за изобретение столь совершенного инструмента были удостоены Нобелевской премии в 1986 году.

Правда, тогда еще никто не мог себе представить, как практически использовать СТМ, помимо, конечно, чисто научного интереса – изучения поверхности материалов. И вот после эффектного эксперимента Уцуги для СТМ открылись совершенно неожиданные области применения.

Подавая на иглу положительное напряжение в 3 В, он использовал всем известный принцип кулоновского отталкивания одинаково заряженных тел – ионов серебра (Ag⁺) и кончика иглы. Под действием электрической силы молекулы Ag₂Se разделились – ионы серебра оказались в глубине материала, а на поверхности остались ионы селена.

После «утрамбовки» намеченных линий поверхность обработали молекулярным водородом. Он, соединясь с селеном, образовал газ Н₂Se, который улетучился. На месте ионов селена остались канавки глубиной 3 нм. Их дно было выложено одноатомным слоем чистого металла – восстановленного серебра. Напомним, что селен принадлежит к той же группе, что кислород и сера, поэтому газ с химической точки зрения идентичен воде или сероводороду. Этот газ, естественно, легко разложить на составные части для вторичного использования водорода и селена в промышленном микрохимическом процессе.

А теперь задумаемся над тем, что произошло. Ведь, по сути, речь идет о превращении ионов металлов или других элементов в атомы, то есть в проводники или полупроводники. Уцуги надеется, что открытую им технологию вскоре будут применять в электронной промышленности для производства дешевых и высококачественных микросхем. И в немалой степени потому, что их получение не потребует опасных людям электронных и рентгеновских пучков или токсичных веществ для травления химически инертного кремния.

А пока электронная промышленность использует и то, и другое, являясь одной из самых экологически агрессивных отраслей. Изготовление микросхем «по Уцуги» позволит ей перейти в разряд «чистых» производств.

Тульского Левшу и его поделку постигла незавидная участь. Японского ученого и его технологию ждет несравненно лучшее будущее – то, что она рано или поздно будет внедряться, не вызывает сомнений. В своем эксперименте Уцуги использовал селенид серебра, но с таким же успехом, считает он, можно обрабатывать, например, систему германий – селен. А германий уже показал себя с наилучшей стороны при записи рентгеновских голограмм. Таким образом появляется возможность хранить информацию не только на поверхности (как в магнитной ленте или грампластинке), но и в трехмерном пространстве материала!

Новая экологически безопасная и микроскопически точная технология обещает изменить лицо мира – с ее помощью и до того миниатюрная японская электроника может стать практически невидимой.

Ранее опубликовано:

«Техника – Молодежи». №4, 1981.

Дата публикации:

2 октября 2000 года