Пикотехнологии: манипулирование материей на атомном уровне

20 December 2018

Термин «пикотехнология» - слово-гибрид, состоящее из слов «пикометр» и «технология», образованное по аналогии с термином «нанотехнология».

Пикотехнология – гипотетически достижимый в будущем уровень технологического взаимодействия с материей, в масштабах триллионных долей метра или пикометров (10^-12 м). Эта величина на три порядка меньше, чем нанометр (а значит – большинства нанотехнологий), и на два порядка меньше, чем те, которыми измеряется большинство химических превращений и величин. Пикотехнология будет включать взаимодействие с материей на атомном уровне. Дальнейшая гипотетическая разработка, фемтотехнология, будет подразумевать взаимодействие с материей на субатомном уровне.

Области применения

Термин «пикотехнология» используется некоторыми футурологами для обозначения структурирования материи в достижимых пикометрических масштабах.

Модель структуры коллагена с точностью 1 пикометр. Источник изображения: quantoforum.ru
Модель структуры коллагена с точностью 1 пикометр. Источник изображения: quantoforum.ru

Пикотехнология была описана, как способ взаимодействия, подразумевающий изменение структуры и химических свойств отдельных атомов, как правило – посредством изменения энергетических уровней электронов внутри атома, для создания метастабильных (или, напротив, устойчивых) уровней с необычными свойствами, создающих определенные виды экзотических атомов. Среди аналогичных трансформаций, известных в реальном мире, находятся окислительно-восстановительные реакции, которые могут изменять степень окисления атомов, а также - возбуждение электронов до метастабильных состояний как при помощи лазеров, так и при помощи некоторых видов насыщающегося поглощения, и изменение уровней возбужденных электронов в ридберговских атомах для кодирования информации. Однако, ни один из этих процессов не приводит к появлению экзотических атомов, описанных футурологами.

С другой стороны, пикотехнология используется некоторыми исследователями в нанотехнологиях для производства структур, где атомы и устройства расположены с точностью менее 1 нм.

Пикотехнологическая модель гистонного комплекса. Источник изображения: nanoworld.org.ru
Пикотехнологическая модель гистонного комплекса. Источник изображения: nanoworld.org.ru

Это важно там, где желательно взаимодействие с отдельным атомом или молекулой по причине силы взаимодействия между двумя близко расположенными атомами. К примеру, сила между атомом на наконечнике зонда атомного силового микроскопа и атомом в изучаемом образце изменяется экспоненциально при изменении состоянии, и она очень чувствительна к изменению положения даже на 50-100 пикометров. Причина – действие принципа Паули на малых расстояниях, и силы Ван Дер Ваальса – на больших.

Немецким учеными уже разработана технология, позволяющая создавать изображения с пикометровым разрешением, при помощи которой им удалось получить изображение кристаллической решетки с разрешением – 38 пикометров (0,038 нанометра).

Пределы передачи и разрешения контраста электронной микроскопии с высоким разрешением достигли нескольких пикометров, намного меньше, чем диаметр атома.
Пределы передачи и разрешения контраста электронной микроскопии с высоким разрешением достигли нескольких пикометров, намного меньше, чем диаметр атома.

Новые приборы, оснащенные электронно-энергетическими фильтрами и спектрометрами, позволяют изучать не только структуру, но и элементный состав и химическую связь. Энергетическое разрешение составляет около 100 миллиэлектронвольт, а точность пространственных измерений достигла пикометров.

Как думаете, скоро пикотехнологии появятся в нашей повседневной жизни и возможно ли когда-нибудь появление технологий по взаимодействию с материей на субатомном уровне? Выскажите ваше мнение в комментариях!

Если вам понравилась статья, поставьте лайк и подпишитесь на канал НАУЧПОП . Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!