Генераторы миров

Если аккуратно рассечь микросхему (что без специальных инструментов вряд ли удастся), то на срезе под микроскопом можно обнаружить нечто, напоминающее вафельный тортик: много разных слоев, изготовление каждого из которых требовало своего уникального процесса. Понятно, что создание микросхем сложно, а потому дорого и ненадежно. Но есть и другие важные причины искать новые технологии производства полупроводниковых чипов.

Требования к возможностям самих чипов непрерывно расширяются и ужесточаются. Сейчас, например, никого не удивляет желание конструкторов разместить на чипе микроэлектромеханические устройства и системы (MicroElectroMechanical Systems - MEMS), подвижными частями которых должны быть фрагменты слоев самой микросхемы.

Короче говоря, промышленность остро нуждается в способах синтеза объемных компонентов нанометровых структур за единичные технологические циклы. К этой цели, но разными путями продвигаются несколько исследовательских групп. Как важнейшее обстоятельство отмечу, что все известные подходы основаны на сканировании отдельных точек объекта перекрестными потоками фотонов, электронов, атомов и др.

Самый прямой путь избрали Шоджи Маруо (Shoji Maruo) и Коджи Икута (Koji Ikuta) из Нагойского университета (Япония). Они обратились к известному процессу стереолитографии и попытались применить его в наномире. Стереолитография заключается в засветке светочувствительных жидкостей лучом лазера и происходящем при этом отвердении прорисованных структур. Одним из способов управления процессом является использование сразу двух лазеров, лучи которых, пересекаясь в определенных точках, обеспечивают удвоенную освещенность, ускоряя отвердение. После того как сканирование объема жидкости завершено, незасвеченные остатки удаляются выпариванием.

Проблема этого, казалось бы, элегантного подхода, в том, что, когда операции ведутся в наномасштабах, центры отвердения в светочувствительных жидкостях появляются спонтанно. Пытаясь обойти этот эффект, японские ученые нашли материал, который отвердевает только в тех точках, куда одновременно попадают лучи двух лазеров с разными длинами волн. В результате удалось построить объемные структуры с деталями длиной в световую волну (несколько сотен нанометров). В частности, в последних числах января японские исследователи демонстрировали созданный ими наномоторчик, работающий под воздействием световых лучей.

В Оксфордском университете (Великобритания) Эндрю Тюрберфилд (Andrew Turberfield) и Боб Деннинг (Bob Denning) изучают так называемые фотонные кристаллы (photonic crystals), объекты, состоящие из перемежающихся слоев материалов, обладающих сильно различающимися показателями преломления. Исследователи из Оксфорда считают, что вскоре фотонные кристаллы, помимо многих других приложений, будут использоваться как сверхскоростная замена нынешним транзисторам.

Фотонный кристалл можно изготовить, выстроив множество перемежающихся слоев, каждый из которых не шире длины световой волны. Для решения этой умопомрачительной задачи исследователи придумали многоступенчатый процесс. Сначала готовится монолит вещества, химические свойства которого можно менять локально под действием света. После этого тело сканируют лучами лазеров. В местах пересечений лучей проявляются волновые эффекты: там, где волны из разных источников пришли в одной фазе, возникают области, в которых химические свойства исходного материала меняются. Затем кристалл помещается в ванну со специальным раствором, в которой модифицированные участки растворяются. Если нужно, чтобы одним из типов слоев образовавшегося «торта» был воздух, - пожалуйста, достаточно лишь просушить «торт». А можно, погрузив в другую ванну, заполнить нанопустоты веществом с иными, чем у воздуха, оптическими свойствами.

Третьего, наиболее фантастического подхода к синтезу объемных нанообъектов придерживаются работающие в партнерстве Джун-ичи Фуджита (Jun-ichi Fujita) из Лаборатории фундаментальных исследований NEC и Фуджио Шимицу (Fujio Shimitzu) из Токийского университета.

Идея японских ученых заключается в том, чтобы проявлять объемные голографические узоры не световыми лучами, но атомными пучками. А ведь создание трехмерных атомных структур - это и есть цель нанотехнологий! Так в наши дни в буквальном смысле воплощаются виртуальные (информационные) химеры.

Фуджита и Шимицу создали то, что они назвали «атомный проектор голограмм». В этом приборе потоки атомов, фильтруясь на электродах-сетках (аналогия - сетка телевизионного кинескопа), складываются в объемный образ.

Если структура целевого объекта слишком сложна, чтобы генерировать ее из единичной голограммы, нужно просто последовательно менять электроды, строя объект с желаемыми свойствами. Упорядоченный набор электродов-сеток является информационной матрицей артефакта.

Естественно, уже всплыли проблемы эмбрионального периода развития волшебной системы. Во-первых, пока не удается разгадать регулярные условия воспроизведения голограмм атомами. Во-вторых, процессы синтеза атомарных структур получаются пока лишь при температурах, близких к абсолютному нулю.

Но представим, что процесс удалось сделать промышленным. И если хватит энергии - это ведь тот самый генератор миров, о котором давно пишут фантасты!