NANOTECHNOLOGIE - POKROK NEBO PŘEŠLAPOVÁNÍ NA MÍSTĚ?

V oblasti nanotechnologií, tedy technologií založených na vlastnostech a fungování malého souboru či dokonce jediné molekuly, za poslední desetiletí k výraznému pokroku nedošlo. Zatímco třeba mikroelektronika kráčí mílovými kroky vpřed a genetika dnes a před deseti lety je úplně jiný obor, nanotechnologie, tak jak je poslal K.Eric Drexler ve své knize Engines of Creation vydané v r.1987 zůstávají stále vizí. Zvláště v lékařství, kdy bychom měli být léčeni pomocí nanorobotů pohybujících se v našem těle, jde zatím jen o sci-fi. Pokud jsme přece jen zaznamenali nějaké úspěchy, tak v nanoelektronice.

Pracovníkům Bellových laboratoří firmy Lucent Technologies se nedávno podařilo připravit funkční tranzistor, jehož aktivní oblast má tloušťku jedné molekuly. Na vrstvu zlata působili vhodným thiolem (organická sloučenina obsahující skupiny –SH), jehož polovodivé vlastnosti jsou známy. Poté co se kvůli tvaru molekuly a velké afinitě síry ke zlatu molekuly thiolu samostatně podélně uspořádaly. Na ně napařili další vrstvu zlata a tranzistor byl hotov.

Jde o zajímavé řešení, které může například výrazně zrychlit spínání tranzistoru kvůli malým rozměrům aktivní oblasti. O zásadní průlom v nanoelektronice jde jen stěží. Cílem tohoto oboru je dosáhnout, aby se jako součástka (např. tranzistor) chovala jediná molekula. Známe mnoho vhodných adeptů na tyto funkce. Kromě již zmíněných thiolů jde třeba o organické komplexy ruthenia, do nichž se na přelomu osmdesátých a devadesátých vkládaly mnohé naděje.

Nicméně zásadním problémem zůstává, jak k jediné molekule připevnit drát. Ať máme k dispozici sebenadějnější a sebezajímavější molekuly uspořádané do jakýchkoli souborů, nakonec vždy dojdeme k tomu, že někde musí být připojeno zařízení s lidskými rozměry – např.vypínač, anebo musí jít o koncepčně úplně nové, zatím bohužel neznámé, zařízení. Navíc tranzistor z Bellových laboratoří však celou svou konstrukcí nejde za rámec klasických litografických technik. Není to tedy zařízení fungující na bázi jedné molekuly, ale na bázi uspořádaného souboru mnoha molekul, která však může vést k zajímavým průmyslovým aplikacím.

Hlavně ze strany průmyslu zcela chybí zásadní impulsy pro rozvoj nanoelektronických zařízení vybudovaných na zajímavých vlastnostech jediné molekuly, takže zůstávají spíše hříčkou. Klasická mikroelektronika založená na polovodičích a litografických technikách ještě zdaleka neřekla své poslední slovo a naopak se čile rozvíjí dál, a to se všemi výhodami desítky let budovaného průmyslového odvětví. Při dalším zmenšování však zákonitě narazí na hranici danou velikostí atomů. Struktury atomárních rozměrů se prostě chovají jinak než nám známé makroskopické vodiče a polovodiče, na nichž staví současná elektronika

Řešení však bude nejspíš vypadat jinak, než jsme si mysleli před deseti lety. Zařízení založená na bázi jediné molekuly jsou typickou lineární prognózou - polovodičový tranzistor už nepůjde dále zmenšovat, takže postavíme jiný, kde roli aktivní oblasti bude hrát jediná molekula. Vývoj, zdá se, kráčí jinudy. Zmenšování rozměrů a rostoucí vliv kvantových jevů se nestanou překážkou, ale naopak výhodou. Vzniknou nová, kvantová zařízení. Místo nanoelektroniky nastoupí elektronika kvantová.

Kvůli úplnosti dodejme, že i připojení jediné molekuly k nějakému většímu zařízení není tak docela nemožné, jak ukazuje následující experiment. Zlatá destička byla pokryta monomolekulární vrstvou oktanthiolu CH₃(CH₂)₆CH₂SH, čímž byla dokonale elektricky odizolována. Opatrným rozpouštěním se pak zdařilo odstranit pouze některé molekuly z této vrsty, jejichž místo vzápětí zaujal 1,8-oktandithiol HSCH₂(CH₂)₆CH₂SH. Na jeho volný konec se přichytila drobná částice zlata. Pomocí sondy s hrotem pak bylo možné změřit vodivost jednotlivé molekuly.

Nesmíme zapomenout na obstojně fungující molekulární stroje - totiž naše buňky. Genetika v uplynulých deseti letech učinila značný pokrok, byť pořád stojí na samém počátku poznání a popisu, jak z molekul deoxyribonukleové kyseliny vzniká fungující jedinec. První pokusy o konstrukci DNA počítačů již proběhly a chybí spíše vize potřebného zařízení na principu DNA, nežli znalosti. Předpovědět však, kam přesně bude kráčet další vývoj a čím nás překvapí, je téměř nemožné.