Smått er stort

Share this post:

IBM’s banebrytende nanoforskning omfatter veldig mye, alt fra en ”nano-transistor” som kan sekvensiere ditt DNA, til utvikling av materialer som ”gror” av seg selv og som har ”designer”-egenskaper, det vil si man bestemmer selv materialets egenskaper ved å bestemme nøyaktig hvilke byggestener som materialet skal inneholde, helt ned til molekyler og atomer.

En utfordring i nano-forskningen er at vi ikke kan ”se” hva vi holder på med!

Mange oss kjenner allerede eksempler fra klesindustrien, jeg har selv en jakke som er vannavstøtende og en motorsykkeldress med et stoff sterkere enn stål, samt produkter som solkrem med nanopartikkeler som gir ekstrem solbeskyttelse og nå, ikke minst, langrennski med en smørefri såle av et nanomaterial. IBM er ikke direkte involverte i sistnevnte eksempler, men indirekte via vår grunnforskning innenfor nanoteknologi. Poenget er at vi har resultater av denne nanoforskningen allerede rundt oss i hverdagen. At vi omtaler dette som nanoforskningen er selvsagt ikke fordi jakken min er så liten at den ikke kan ses, men fordi materialet den består av er på størrelsen av en milliarddel av en meter eller hundretusen ganger tynnere enn et hårstrå, altså nede på molekylnivå.

De fleste er vel ikke veldig overrasket over at IBM bruker milliarder av forskningsmidler til å løse silisiumbrikkens fysiske begrensinger. Vi ser jo alle de tidlige resultatene av problemene med å gjøre smått enda mindre i silisiumbasert prosessor-teknologi nå når vi alle tar i bruk dual-core prosessorer i våre datamaskiner. Nanoteknologien kan derfor, etter all sannsynlighet, gi oss nye materialer og muligheter. IBM har allerede for fire år siden konstruert en spennende ”single molecule switch” som åpnes og lukkes med hjelp av lysbølger. Et av problemene med å utvikle komponenter på molekylnivå er at vi ikke ”ser” resultatet, dette er ikke bare for smått for øyet, men også for et ”vanlig” mikroskop. IBM fikk nobelprisen i fysikk i 1986 for oppdagelsen av ”tunnel-mikroskopet”. Dette har blant annet resultert i utviklingen av dagens Atomic Force Microscope (AFM) og publiseringen i fjor høst av det første faktiske bilde av et molekyl. Dermed har nano-forskerne fått muligheten til å ”se” resultatene av sine forsøk, ikke som tidligere hvor man måtte”måle” resultatene med nye kjemiske forsøk for å få bekreftet hypotesen. Slike banebrytende resultater gir oss selvsagt økt forventning til hva nanoteknologien kan gjøre på kort sikt, vi vet jo som sagt at det forskes mye på fremtidens transistor, men samtidig vet vi også at nanoforkningen gir oss mange andre nye utfordringer.

Hvordan skal vi kople komponenter i nano-størrelse sammen?

Et eksempel er den nevnte ”single molecule switch” hvor en av hovedutfordringene ikke nødvendigvis er nanomaterialet som sådan, men å kople seg til ”switchen” ettersom (gull) atomene i molekyl-switchen ikke holder seg i ro i romtemperatur. Å senke temperaturen til for eksempel absolutt null (-273 ºC), skaper dessuten nye problemer, men nok en gang har IBM forskere funnet en mulig løsning. Med hjelp av AFM kan forskerene nå måle ladningen i hvert enkelt atom og dermed skille mellom positive, negative og neutrale atomer. Man ser for seg å binde bestemte atomer til molekyler for å bygge molekylære nettverk, og med AFM påvirke ladningen av atomene ved å injesere elektroner slik at man kan kople dette ”nano”-nettverket bestående av molekyler med andre forbindelser og metaller.

Hvordan bygge komplekse komponenter som for eksempel en transistor i nano-størrelse?

Jeg har tidligere snakket om muligheten for å kontrollere de minste byggestenene i konstruksjonen av et nytt materiale, men hva med å produsere slike materialer? I en nanomålestokk er jo dette like utfordrende som å eksperimentere med byggestenene. Svaret er at nanomaterialet må kunne ”gro” av seg selv, typisk i en ”bottom-up” prosess. Tenk bare på hvilke fantastiske muligheter som finnes i å konstruere solpaneler som består av små ”hår” tilsvarende de en liten gekko har på sine føtter og som gir den muligheter til å gå ”opp/ned” i tak og på vegger uten å falle ned. Dersom vi kunne teppelegge en flate med et materiale med slike hår, som ”gror” av seg selv, så ville vi jo kunne mangedoble overflaten og øke virkningsgraden av solpanelet betydelig.

Et mulig svar på dette kan være nano gress, men denne utfordringen bringer oss også inn på temaet ”Nanowire” som kan ha mange ulike egenskaper, også som en diode eller en transistor. IBM’s forskere har store forventninger til ”bottom-up” design av nanowire med bestemte egeneskaper, bottom-up betyr nettopp å ”sette sammen” de små byggestenene med hjelp av kjemiske forbindelser for fremstilling av nanowire som for eksempel kan være en diode eller en transistor. Dette siste er imidlertid fortsatt fremtidsmusikk, men med AFM har vi i det minste fått et instrument som kan lede oss til uante muligheter og resultat i nær fremtid. Vi er bare i begynnelsen av en stor revolusjon tilsvarende det plasten var på 50-tallet.