Stanu se menším a ještě menším budu nano

Svět je zavalen slovem nano - vše je najednou nano - kosmetika, léky, oděvy… neb toto módní slovo dobře prodává a zákazník vlastně není klamán - náš svět se skládá z atomů a molekul majících mikrometrové a i nanometrové rozměry...

 … čili pokud se na věc díváme takto - nano je opravdu vše. Ovšem pokud budeme hovořit třeba o nanoelektronice je jasné, že s takovouto filosofií by výzkumníci neuspěli - musí se jednat o lidmi skutečně cíleně vytvořené nano či mikro součástky využité v elektronických přístrojích.

Začněme, ale od začátku - takže nanotechnologie se zabývá manipulací hmoty v měřítku nanometrů – tisícin miliontiny metru. Pro představu lidský vlas má průměr v rozsahu 18–180µm (mikrometrů) a atomy mají typicky velikost několika desetin nanometru.

V roce 1959 se 29.prosince v prostorách Caltechu sešla American Physical Society. Všichni čekali na večer, ne z důvodu oslavy a bujaré pitky, ale kvůli Richardu Feynmanovi (1918-1988) - ano, toto datum je oním kultovním dnem nanotechnologií - zde Feynman pronesl onu "prorockou" přednášku: " Tam dole je ještě hodně místa…" s podtitulem „Pozvánka ke vstupu do nové oblasti fyziky“.

Slavný fyzik hned v úvodu prohlásil: To, o čem chci mluvit, je otázka manipulace a řízení věcí v malém měřítku… Jedná se o závratně malý svět, který leží pod světem naším. Až se lidé v roce 2000 podívají zpět na naši epochu, budou se divit, proč se tímto směrem někdo doopravdy vydal teprve v roce 1960.

Pak následovaly jeho vědecké vize, jaký asi bude vývoj této nové oblasti fyziky /slovo nanotechnologie ještě nebylo na světě) a nemýlil se - například jeho tvrzení, že v podstatě bude fyzik schopen syntetizovat jakoukoliv chemickou látku, kterou mu chemik napíše. "Dejte mu pokyny a fyzik látku syntetizuje. Jak? Položí atomy tam, kam říká chemik, a takto danou látku vyrobíte…" se stalo pravdou.

Dnešní guru nanotechnologií - Don Eigler a Erhard Schweizer v roce1989 jako první na světě pomocí skenovacího tunelového mikroskopu (scanning tunneling microscope, STM) ukázali vytvoření struktury na nano úrovni - seřadili 35 samostatných atomů xenonu do názvu firmy, kde pracovali - čili napsali atomy "IBM". Tento první experiment manipulace s atomy trval 22 hodin, v současnosti takovýto proces zabere jen několik minut.

Feynman na přednášce v roce 1959 vyhlásil i dvě soutěže, vítěz každé měl od něj obdržet 1000 dolarů. První úkol zněl - kdo první vyrobí funkční elektromotor, který bude mít objem pouhé čtvrtiny krychlového centimetru. Už za rok musel vyplatit cenu Billu McLellanovi, absolventovi Caltechu.

Druhý úkol se týkal zápisu dat - během přednášky Feynman pronesl „Proč bychom nemohli zapsat na špendlíkovou hlavičku všech 24 dílů Encyclopadia Britannica?… Přírodní zákony tomu nebrání. Ba naopak, na hlavičce špendlíku je pro ni místa dost."

Takže druhý úkol zněl, že tisíc dolarů dostane ten, kdo jako první dokáže vzít informace z jedné stránky knihy a uložit je na plochu 25.000 krát menší. Tentokrát musel čekat 26 let, ale dočkal se. Šťastlivcem, který dokázal "psát" maličkatými písmenky byl tehdy student Stanfordské university Tom Newman. Na universitě pracoval na diplomce věnované technice nazývané „elektronová litografie“ - čili za pomocí přístroje vysílajícího svazek elektronů ryl do křemíku obrazce potřebné pro výrobu integrovaných obvodů. A tuto techniku použil i pro maličkatý zápis textu. Samozřejmě musel patřičně naprogramovat svazek elektronů, ale neryl integrovaný obvod, ale text. Písmena byla široká pouze 50 atomů a do křemíku zapsal první stránku románu  Příběh dvou měst od Charlese Dickense.

Feynman se vrátil ke své přednášce o nanotechnologíích v roce 1979, zaktualizoval ji, protože za dvacet let se stalo mnohé. V roce 1974 profesor Tokijské vědecké university Norio Taniguchi ve svém článku "On the Basic Concept of Nano-Technology", poprvé pojmenoval nanotechnologii nanotechnologií a definoval ji, že se sestává z manipulace hmotou či materiálem, na atomární a molekulární úrovni. O tři roky později 22letý student MITu vymýšlí originální koncept molekulární nanotechnologie - tím studentem je samozřejmě Eric Drexler.

Feynman se ve své aktualizované přednášce zabýval tématem nanostrojů - přemýšlel, že s moderní technologií bude možné masově vyrábět motory o rozměrech čtyřicetkrát menších, než měl původní McLellanův motor. Podle Feynamana takovéto mikrostroje bude vyrábět řetězec „napodobujících se“ strojů, každý z nichž by vyráběl nástroje a stroje o velikosti jedné čtvrtiny sebe sama. Vědec tento problém bral čistě jen jako akademický, jejich využití si nedokázal představit - to až v dnešní době víme, že na malilinkaté stroje čeká medicína, elektronika… o tom všem už uvažují profesorovi následovníci.

Pokračování zítra