В 2007 году продуктивные наносистемы были определены как функциональные наномасштабные системы , которые создают атомарно -определенные структуры и устройства под программным управлением, т. е. выполняют атомарно точное производство. [1] По состоянию на 2015 год такие устройства были только гипотетическими, а продуктивные наносистемы представляли собой более продвинутый подход среди нескольких для выполнения атомарно точного производства. В 2015 году Министерство энергетики провело семинар по интегрированным наносистемам для атомарно точного производства. [2]
Современные технологии ограничены различными способами. Крупных атомарно точных структур (то есть практически бездефектных) не существует. Сложные трехмерные наноструктуры существуют в форме сложенных линейных молекул, таких как ДНК-оригами и белки . По состоянию на 2018 год также стало возможным строить очень маленькие атомарно точные структуры с помощью сканирующей зондовой микроскопии для построения молекул, таких как FeCO3 и Triangulene , или выполнять водородную депассивирующую литографию. [4] Но пока невозможно объединять компоненты систематическим образом для создания более крупных и сложных систем.
Принципы физики и примеры из природы предполагают, что можно будет распространить атомарно точное производство на более сложные продукты большего размера, включая более широкий спектр материалов. Примером прогресса в этом направлении может служить работа Кристиана Шафмейстера над бис-пептидами . [5]
В 2005 году Михаил Роко , один из архитекторов Национальной нанотехнологической инициативы США, предложил четыре состояния нанотехнологий, которые, по-видимому, соответствуют техническому прогрессу промышленной революции, из которых наиболее продвинутыми являются производительные наносистемы. [6]
1. Пассивные наноструктуры — наночастицы и нанотрубки, которые обеспечивают дополнительную прочность, электро- и теплопроводность, ударную вязкость, гидрофильные/фобные и/или другие свойства, которые обусловлены их наномасштабной структурой.
2. Активные наноустройства — наноструктуры, которые изменяют состояния для преобразования энергии, информации и/или выполнения полезных функций. Существуют некоторые споры о том, можно ли отнести к этому классу современные интегральные схемы, поскольку они работают несмотря на возникающие наномасштабные свойства, а не благодаря им. Следовательно, утверждается, они не могут быть отнесены к «новым» наномасштабным свойствам, хотя сами устройства имеют размер от одного до ста нанометров.
3. Сложные наномашины — сборка различных наноустройств в наносистему для выполнения сложной функции. Некоторые утверждают, что машины Zettl попадают в эту категорию; другие утверждают, что современные микропроцессоры и FPGA также подходят.
4. Системы наносистем/Производственные наносистемы — это будут сложные наносистемы, которые производят атомарно точные детали для других наносистем, не обязательно используя новые свойства, возникающие в наномасштабе, но хорошо понятые основы производства. Из-за дискретной (т. е. атомной) природы материи и возможности экспоненциального роста этот этап рассматривается как основа еще одной промышленной революции. В настоящее время существует множество различных подходов к созданию производительных наносистем: включая подходы сверху вниз, такие как узорчатая атомно-слоевая эпитаксия [7] и механосинтез Diamondoid . [8] Существуют также подходы снизу вверх, такие как ДНК-оригами и синтез бис-пептидов . [9]
Пятый шаг, инфо/био/нано конвергенция, был добавлен позже Роко. Это конвергенция трех самых революционных технологий, поскольку все живое состоит из атомов и информации.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )