生物科學技術、信息科學技術和納米科學技術將是下一世紀內科學技術發(fā)展的主流。究竟納米科學研究什么內容,它會給人類社會帶來什么好處呢?本刊將帶您去邀游神奇的納米世界。
納米科學是研究在千萬分之一米(10-7)到10億分之一米(10-9)內,原子、分子和其他類型物質的運動和變化的學問。在這一尺度范圍內對原子、分子進行操縱和加工被稱為納米技術。在本世紀內,人們花了很大的力氣把大千世界內各種物質的運動都還原到原子、分子的運動和性質這一層面上。用原子、分子去勾畫出大千世界中的各種物質形態(tài)也取得了巨大的成功。
例如,從分子結構和運動的觀點來研究生物,形成了分子生物學;在原子光譜研究的基礎上發(fā)明了激光;以固體電子論為基石構建了大規(guī)模集成電路;以光在固體中傳播為啟迪發(fā)明了光纖通訊。
可以說,由原子、分子(尺寸約10-10米)為出發(fā)點,認識和改造宏觀世界取得了巨大的成就,F在人們可以合成各種藥物、制造出各種轉基因的食品?寺⊙虻某霈F是最為突出的代表作。同時,以大規(guī)集成電路為基礎發(fā)展起來的電腦、網絡更是大大地推動了科學技術的發(fā)展,甚至改變了人們的生活方式,網上購物使得女士們足不出戶就可遍游一些著名的百貨公司。
但是,在人們企圖將現代的科學技術再推進一步時,卻遇到了極大的障礙,這主要是因為人們在認識上存有盲區(qū),或者說人類知識的大廈上存在一個裂縫。在這一裂縫的一邊是以原子、分子為主體的微觀世界,而在另一邊是人類活動的宏觀世界。兩個世界之間不是一般人所想像的那樣直接而簡單的聯結,而是存在一個過渡區(qū)──納米世界。也就是說,幾十個原子、分子或成千個原子、分子“組合”在一起時,表現出既不同于單個原子、分子的性質,也不同于大塊物體的性質。有時這種“組合”被稱為“超分子”或“人工分子”以相別于正常的原子、分子。這種“超分子”往往具有人們意想不到的性質。
但是,當這些“超分子”繼續(xù)長大或以通常的方式聚集成大塊材料時,原有奇特的性質又會失去,真像是一些長不大的孩子。另外,人們還發(fā)現在這一嶄新的世界里,電子、原子運動的規(guī)律完全不同。譬如說當我們把大規(guī)模集成電路中元件的數目繼續(xù)增加,設想把元件中電極做到幾個納米粗細,幾十個納米長,就可以把芯片的運行速度和內存都提高幾萬倍。但是,實際上這一方面很難用現在流行的技術來實現;另一方面即使做成了這樣的器件,電于在這樣小的元件中運動的規(guī)律也不一樣了,所有的芯片需要按照新的原理來設計。對這種由數量不多的電子、原子或分子組成的體系中新規(guī)律的認識和如何操縱或組臺它們,成為當今納米科學技術的主要問題之一。
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