Техника - молодёжи 2009-03, страница 10
Нанотехнологии 2009 №03 тм И что из этого можно сделать? Эта тема весьма обширна, здесь мы приведём лишь пару примеров практического применения МНЧ и проблем, с этим связанных. В начале статьи мы уже упоминали об использовании тонких магнитных плёнок в жёстких дисках и других носителях информации. Десятилетия совершенствования технологий позволили, оставаясь в рамках той же физической основы, достичь впечатляющих успехов в увеличении плотности записи. Первый жёсткий диск компьютера IBM 305 RAM АС состоял из 50 пластин диаметром 61 см и имел огромную по тем временам (1956) ёмкость 5 MB. Современные винчестерские накопители, несравненно более компактные, хранят сотни гигабайт. Рис. 4. Пример геометрически сложной наноструктуры: наношахматы Не будем здесь останавливаться на свойствах тонких плёнок, благодаря которым стал возможен такой прогресс. В контексте нашей статьи более интересно посмотреть, как предполагается использовать магнитные наноча-стицы для записи и считывания информации. Наш оптимизм опирается на тот факт, что в последние годы удаётся получать всё более сложные наноструктуры (рис. 4). Итак, предполагается, что МНЧ будет содержать в себе один бит информации, используя для этого свою намагниченность, которая может изменять направление под воздействием приложенного магнитного поля. Намагниченность, направленная, скажем, на юг, будет соответствовать логическому состоянию «1», а противоположно направленная -состоянию «О». В магнитной плёнке намагничиваются отдельные её зоны, и плотность записи определяется их физическим размером. В случае использования МНЧ они сами становятся эквивалентом этих зон. Несколько расположенных рядом частиц будут содержать байт или машинное слово, то есть еди ницу хранения информации,принятую в данном вычислительном устройстве. По оценкам, в таких накопителях можно достичь плотности записи до 19 гигабайт/см2 (или, в общепринятых единицах, 1 терабит/дюйм2). Для сравнения: плотность записи однослойного диска Blue-ray составляет 0,23 гигабайт/см2 (12,5 гигабнт/дюйм2). Так что интерес компаний - производителей жёстких дисков к изучению магнитных наночастиц совершенно понятен. Перспектива применения МНЧ в создании высокоплотных носителей информации, конечно, обнадёживает. Однако существует целый ряд трудностей и ограничений, препятствующих пока её воплощению в жизнь. Например, суперпарамагнетизм, о котором мы говорили выше: контролировать намагниченность наночастиц и управлять ею мы сможем только ниже температуры блокировки. Температура эта гораздо ниже комнатной, а значит, ни о каком действительно массовом использовании МНЧ как ячеек памяти сегодня речь не идёт. Другая область применения наночастиц - медицина. МНЧ, несущие на своей поверхности лекарство, будут доставлять его к поражённой части того или иного органа, ведомые магнитным полем. Так можно, например, локально воздействовать на тромб; это ведёт к резкому снижению потребле- 600500' 400300200100- 1993 1996 1999 2002 2005 2008 Год издания Рис. 5. Число публикаций, выданных по запросу «магнитные наночастицы» («magnetic папо-particles») в системе ISI Web of Knowledge ния медикамента, уменьшению побочных эффектов и риска передозировки. Однако перед тем, как впрыскивать суспензию МНЧ пациенту, следует понять на фундаментальном уровне, что движет п изменяет магнитные свойства наночастиц. На них ведь влияет масса факторов, которые необходимо ещё изучить и впоследствии учитывать: кристаллическая структура, размер, форма, однородность, взаимодействие между ними и многое другое. Без этих знаний применение магнитных наночастиц в медицине может быть просто опасным. А как их увидеть, эти МНЧ? Осознание возможности технологического применения МНЧ и необходимость понять их физические и магнитные свойства привели к огромному всплеску научной активности - это видно из числа публикаций, в которых упоминается словосочетание «магнитные наночастицы» (рис. 5). Такой всплеск активности связан, прежде всего, с развитием способов создания наночастиц, а также с появлением новых экспериментальных методов и инструментов. Вот только некоторые из них: магне-тометрия, электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, мёс-сбауэровская спектроскопия, нейтронное и рентгеновское рассеяние. Большинство из упомянутых экспериментальных установок может быть приобретено отдельной группой учёных; но вот два последних метода - нейтронное и рентгеновское рассеяние - требуют исследовательских нейтронных реакторов и источников излучения, а также необходимой инфраструктуры для поддержания их работы, и потому почти всегда подразумевают коллективное использование. Взгляните, например, на бассейн исследовательского реактора под Парижем (рис. 8). Напоминает декорации к фантастическому фильму, не так ли? Методы рассеяния являются самыми прогрессивными в изучении МНЧ, именно они позволяют получать информацию, недоступную в экспериментах с другой аппаратурой. Взгляните на «фото» шпагоглотателя (рис. 6), полученное рентгеновским рассеянием. Очевидно, что никаким другим экспериментальным методом не определить, что шпага действительно проглочена. Многие открытия в области нано-магнетизма были сделаны с помощью нейтронного и рентгеновского рассеяния. Эти эксперименты не только сложны технически, они ещё требуют анализа и понимания результатов, которые подчас весьма нетривиальны. шш Рис. 6. 8 |
