神奇的納米世界

1、神奇的納米世界 The amazing nanoworld國家納米科學(xué)中心程恩雋什么是納米科學(xué)？什么是納米科學(xué)？ 納米科技是在納米尺度（納米科技是在納米尺度（1nm到到100nm之之間）上研究物質(zhì)（包括原子、分子）的特間）上研究物質(zhì)（包括原子、分子）的特性和相互作用（主要是量子特性），以及性和相互作用（主要是量子特性），以及利用這些特性的多學(xué)科的科學(xué)和技術(shù)。利用這些特性的多學(xué)科的科學(xué)和技術(shù)。 -白春禮白春禮納米科技的現(xiàn)在和未來納米科技的現(xiàn)在和未來自然界中的納米技術(shù)自然界中的納米技術(shù) 1 m10 cm1 mm0.1 mm10 m10 nm蓮花效應(yīng)蓮花效應(yīng)(Lotus effekt & C

2、o.)旱金蓮借助蓮花效應(yīng)保持葉子清潔。旱金蓮借助蓮花效應(yīng)保持葉子清潔。ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡向我們展示葉面環(huán)境掃描電子顯微鏡向我們展示葉面如何不沾水滴。這是因為蓮葉表面帶有許多絨毛，導(dǎo)致水滴從上面高速滑落，并如何不沾水滴。這是因為蓮葉表面帶有許多絨毛，導(dǎo)致水滴從上面高速滑落，并帶走葉面上的灰塵。帶走葉面上的灰塵。Barthlott 教授及其助手在波恩大學(xué)對蓮花效應(yīng)進行廣泛研究，教授及其助手在波恩大學(xué)對蓮花效應(yīng)進行廣泛研究，此效應(yīng)現(xiàn)已應(yīng)用到一系列產(chǎn)品上，例如立面涂覆，水流經(jīng)過時可以帶走灰塵。利此效應(yīng)現(xiàn)已應(yīng)用到一系列產(chǎn)品上，例如立面涂覆，水流經(jīng)過時可以帶走灰塵。利用蓮花效應(yīng)的衛(wèi)生陶瓷很容易保持

3、潔凈用蓮花效應(yīng)的衛(wèi)生陶瓷很容易保持潔凈植物的葉子也利用其它一些納米技術(shù)。它們的水管理系植物的葉子也利用其它一些納米技術(shù)。它們的水管理系統(tǒng)一般由統(tǒng)一般由forisomes（細微肌肉）控制，它們可以打開（細微肌肉）控制，它們可以打開植物毛細管系統(tǒng)的通道，或當(dāng)植物受傷時關(guān)閉通道。弗植物毛細管系統(tǒng)的通道，或當(dāng)植物受傷時關(guān)閉通道。弗朗霍夫?qū)W會朗霍夫?qū)W會(Fraunhofer) 的三個學(xué)院和吉森大學(xué)的三個學(xué)院和吉森大學(xué)(University of Giessen) 目前正嘗試根據(jù)植物肌肉原理目前正嘗試根據(jù)植物肌肉原理來開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，如精微直線型電機，或一個完整的實來開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，如精微直線型電機，或一個完

4、整的實驗室芯片驗室芯片(lab-on-a-chip)原子級別最精妙的技術(shù)之一就是光合作用，這一過程為原子級別最精妙的技術(shù)之一就是光合作用，這一過程為地球上的所有生物聚集能量。這是每一個獨立原子的實地球上的所有生物聚集能量。這是每一個獨立原子的實質(zhì)。誰能利用納米技術(shù)復(fù)制這一過程，誰就會永遠擁有質(zhì)。誰能利用納米技術(shù)復(fù)制這一過程，誰就會永遠擁有取之不盡的能量取之不盡的能量。天花板上的納米技術(shù)：壁虎天花板上的納米技術(shù)：壁虎壁虎可以在任何墻面上爬行，反貼在天花壁虎可以在任何墻面上爬行，反貼在天花板上，甚至用一只腳倒掛在天花板上。它板上，甚至用一只腳倒掛在天花板上。它就依靠就依靠 你肯定已經(jīng)猜到了你肯定已

5、經(jīng)猜到了納米技術(shù)。納米技術(shù)。壁虎腳上覆蓋著十分纖細的茸毛，可以使壁虎腳上覆蓋著十分纖細的茸毛，可以使壁虎以幾納米的距離大面積地貼近墻面。壁虎以幾納米的距離大面積地貼近墻面。盡管這些絨毛很纖弱，但足以使所謂的范盡管這些絨毛很纖弱，但足以使所謂的范德華鍵發(fā)揮作用，為壁虎提供數(shù)百萬個的德華鍵發(fā)揮作用，為壁虎提供數(shù)百萬個的附著點，從而支撐其體重。這種附著力可附著點，從而支撐其體重。這種附著力可通過通過“剝落剝落”輕易打破，就像撕開膠帶一輕易打破，就像撕開膠帶一樣，因此壁虎能夠穿過天花板。材料科學(xué)樣，因此壁虎能夠穿過天花板。材料科學(xué)家們正在努力研制人造家們正在努力研制人造“壁虎壁虎黏著生命黏著生命生命之

6、所以存在，是因為其組件通過精密的納米技術(shù)黏著生命之所以存在，是因為其組件通過精密的納米技術(shù)黏著在一起。即使是傷口也如此，如昆蟲叮咬：被叮咬的部位在一起。即使是傷口也如此，如昆蟲叮咬：被叮咬的部位會紅腫，原因是毛細血管膨脹，大量的白細胞或白血球涌會紅腫，原因是毛細血管膨脹，大量的白細胞或白血球涌進來。被叮咬的細胞會分泌出信息素，根據(jù)信息素的濃度，進來。被叮咬的細胞會分泌出信息素，根據(jù)信息素的濃度，血管內(nèi)壁的細胞和白細胞就會傳送黏著分子，這些分子過血管內(nèi)壁的細胞和白細胞就會傳送黏著分子，這些分子過粘合作用減緩白細胞沿著血管壁流動。當(dāng)信息素達到最高粘合作用減緩白細胞沿著血管壁流動。當(dāng)信息素達到最高濃

7、度時，白細胞會緊緊地粘結(jié)，然后其它黏著分子會促使?jié)舛葧r，白細胞會緊緊地粘結(jié)，然后其它黏著分子會促使血球穿過血管壁，到達被叮咬的部位，攻擊入侵者血球穿過血管壁，到達被叮咬的部位，攻擊入侵者 完美完美的附著機制?，F(xiàn)在，科學(xué)家正以的附著機制?，F(xiàn)在，科學(xué)家正以“按需黏著按需黏著(bonding on command)”為題，研究人造納米技術(shù)仿制品為題，研究人造納米技術(shù)仿制品蒼蠅腳的特寫鏡頭在斯圖加特金屬研究在斯圖加特金屬研究高分子研究所高分子研究所(Max-Planck Institutefor Metal Research)，甲蟲、蒼蠅、蜘蛛和甲蟲、蒼蠅、蜘蛛和壁虎向人們揭示了其壁虎向人們揭示了其黏

8、著力的秘密。它們黏著力的秘密。它們依靠細微的茸毛產(chǎn)生依靠細微的茸毛產(chǎn)生范德華范德華(van-der-Waals)鍵，附著在所接觸的鍵，附著在所接觸的物體表面上。動物越物體表面上。動物越重，茸毛越細密，重，茸毛越細密，數(shù)量也越多數(shù)量也越多貝類貝類嫻熟的粘合高手嫻熟的粘合高手普通的貝類普通的貝類 就是與蔬菜一起烹飪、在飯就是與蔬菜一起烹飪、在飯店每天都可以吃到的那種，堪稱納米粘合技店每天都可以吃到的那種，堪稱納米粘合技術(shù)的高手。當(dāng)它想把自己貼在一塊巖石上時，術(shù)的高手。當(dāng)它想把自己貼在一塊巖石上時，就會打開貝殼，把觸角貼到巖石上，它將觸就會打開貝殼，把觸角貼到巖石上，它將觸角拱成一個吸盤，然后通過細

9、管向低壓區(qū)注角拱成一個吸盤，然后通過細管向低壓區(qū)注射無數(shù)條黏液和膠束，釋放出強力水下膠粘射無數(shù)條黏液和膠束，釋放出強力水下膠粘劑。這些黏液和膠束瞬間形成泡沫，起到小劑。這些黏液和膠束瞬間形成泡沫，起到小墊子的作用。貝類通過彈性足絲停泊在這個墊子的作用。貝類通過彈性足絲停泊在這個減震器上，這樣，它們就可以隨波起伏，而減震器上，這樣，它們就可以隨波起伏，而不至于受傷。不至于受傷。布來梅弗勞恩霍弗研究所布來梅弗勞恩霍弗研究所IFAM (The FraunhoferInstitute IFAM) 正在研究改良正在研究改良的貝類黏液，他們希望可以研的貝類黏液，他們希望可以研制出最精細的骨瓷，可經(jīng)受洗制出

10、最精細的骨瓷，可經(jīng)受洗碗機的考驗。這個位于羅斯托碗機的考驗。這個位于羅斯托克克(Rostock) 和格拉夫瓦爾德和格拉夫瓦爾德(Greifswald) 的的“新材料及生新材料及生物材料物材料”研究小組，還將貝類研究小組，還將貝類放在顯微鏡下研究。放在顯微鏡下研究。帶有足絲和觸角的貝類生物礦化作用生物礦化作用貝類更加擅長運用生物礦化作用。珍珠母由貝類更加擅長運用生物礦化作用。珍珠母由無數(shù)粉末狀晶體以礦物霰石的形式構(gòu)成，但無數(shù)粉末狀晶體以礦物霰石的形式構(gòu)成，但霰石本身卻十分易碎。但在貝類中，它們通霰石本身卻十分易碎。但在貝類中，它們通過螺旋形高彈性蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。蛋白質(zhì)過螺旋形高彈性蛋白質(zhì)結(jié)合在

11、一起。蛋白質(zhì)只需占重量只需占重量3%，就足以形成鮑魚的堅硬外，就足以形成鮑魚的堅硬外殼，比純方解石晶體堅硬殼，比純方解石晶體堅硬3000 倍。海膽也倍。海膽也用這種方法強化其用這種方法強化其30 厘米長的刺，以抵擋厘米長的刺，以抵擋海浪的拍打。海浪的拍打。生物礦化作用也可以創(chuàng)造非常精密的結(jié)構(gòu)。在靠近菲律生物礦化作用也可以創(chuàng)造非常精密的結(jié)構(gòu)。在靠近菲律賓島的一小塊海底中，生長著一種名為賓島的一小塊海底中，生長著一種名為“維納斯花籃維納斯花籃”的海綿動物。這種動物像土耳其匕首的刀鞘一樣彎曲著，的海綿動物。這種動物像土耳其匕首的刀鞘一樣彎曲著，纏繞在其長軸上。這種海綿因其外皮內(nèi)部的特殊骨架結(jié)纏繞在其

12、長軸上。這種海綿因其外皮內(nèi)部的特殊骨架結(jié)構(gòu)而聞名。它們是由細小的硅石針骨組織構(gòu)成，其網(wǎng)狀構(gòu)而聞名。它們是由細小的硅石針骨組織構(gòu)成，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)類似于柳條編制的木椅背，可相交成直角或斜角。結(jié)構(gòu)類似于柳條編制的木椅背，可相交成直角或斜角。維納斯花籃被認為是生物礦化作用的杰作：微小的硅石維納斯花籃被認為是生物礦化作用的杰作：微小的硅石（二氧化硅）元素，直徑僅為（二氧化硅）元素，直徑僅為3 納米，首先將海綿細胞納米，首先將海綿細胞連接成極為精細的細胞層，然后卷成硅石針骨，形成編連接成極為精細的細胞層，然后卷成硅石針骨，形成編制結(jié)構(gòu)的基本架構(gòu)，可以經(jīng)受各種高壓。制結(jié)構(gòu)的基本架構(gòu)，可以經(jīng)受各種高壓。維納斯花

13、籃這種深海海綿動物被科學(xué)家作為光纖的生物模型進行研究田鼠臼齒牙釉中的三維生物礦物網(wǎng)可保護牙齒表面不受磨損。硅藻的生物礦化作用具有戰(zhàn)略重要性。這種用顯微鏡才能硅藻的生物礦化作用具有戰(zhàn)略重要性。這種用顯微鏡才能看清的小生物，依靠硅酸外殼來保護自己，這種外殼的主看清的小生物，依靠硅酸外殼來保護自己，這種外殼的主要成分是二氧化硅要成分是二氧化硅(SiO2)。與同是由二氧化硅構(gòu)成的石英。與同是由二氧化硅構(gòu)成的石英玻璃一樣，硅酸外殼較能抵擋多種酸堿溶液的腐蝕，這就玻璃一樣，硅酸外殼較能抵擋多種酸堿溶液的腐蝕，這就是為什么納米技術(shù)人員希望用它們做納米大小的晶體的反是為什么納米技術(shù)人員希望用它們做納米大小的晶

14、體的反應(yīng)容器。通過化學(xué)反應(yīng)生成納米粒子的一個竅門就是限制應(yīng)容器。通過化學(xué)反應(yīng)生成納米粒子的一個竅門就是限制反應(yīng)體積。當(dāng)里面的反應(yīng)材料用完時，反應(yīng)生成的晶體仍反應(yīng)體積。當(dāng)里面的反應(yīng)材料用完時，反應(yīng)生成的晶體仍然很小。硅藻含有大量的這種納米小孔，或稱為納米反應(yīng)然很小。硅藻含有大量的這種納米小孔，或稱為納米反應(yīng)器。器。這些有時看起來非常悅目的硅藻是如何形成的？首批線這些有時看起來非常悅目的硅藻是如何形成的？首批線索已被發(fā)現(xiàn)。雷根斯堡大學(xué)索已被發(fā)現(xiàn)。雷根斯堡大學(xué)(University of Regensburg) 的研究人員發(fā)現(xiàn)，一種名為的研究人員發(fā)現(xiàn)，一種名為“聚胺聚胺”的的著名蛋白質(zhì)組成分，在適當(dāng)

15、濃度的硅酸中可以產(chǎn)生納米著名蛋白質(zhì)組成分，在適當(dāng)濃度的硅酸中可以產(chǎn)生納米粒子，直徑可控制在粒子，直徑可控制在50 至至900 納米納米在自行排列的作在自行排列的作用下自發(fā)形成。根據(jù)簡單的生長模式，自然而然地生成用下自發(fā)形成。根據(jù)簡單的生長模式，自然而然地生成硅藻。硅藻。硅藻與硅藻與“門格爾海綿門格爾海綿”相似，能以最輕的重相似，能以最輕的重量維持最大的穩(wěn)定性，量維持最大的穩(wěn)定性，因為它們擁有最合適因為它們擁有最合適的形態(tài)，以及很可能的形態(tài)，以及很可能是得益于其光合作用是得益于其光合作用儀器（葉綠體）的采儀器（葉綠體）的采光系統(tǒng)。光系統(tǒng)。生物礦化作用：生物礦化作用：納米粒子修復(fù)牙齒納米粒子修復(fù)牙

16、齒如果牙齒對冷或苦的食物很敏如果牙齒對冷或苦的食物很敏感，并導(dǎo)致疼痛，這通常是因感，并導(dǎo)致疼痛，這通常是因為牙釉中存在細小通道（敞開為牙釉中存在細小通道（敞開的牙齒細管）。使用的牙齒細管）。使用SusTech公司生產(chǎn)的磷酸鈣（磷灰石）公司生產(chǎn)的磷酸鈣（磷灰石）納米粒子和蛋白質(zhì)，可快速關(guān)納米粒子和蛋白質(zhì)，可快速關(guān)閉通道，速度比傳統(tǒng)的磷灰石閉通道，速度比傳統(tǒng)的磷灰石化合物快化合物快10 倍。這層重新礦化倍。這層重新礦化的物質(zhì)層與口腔中牙齒自身的的物質(zhì)層與口腔中牙齒自身的牙釉作用一樣。牙釉作用一樣。螺旋菌螺旋菌(Magnetotacticumbavaricum)：帶有磁性的：帶有磁性的細菌可以合成納

17、米磁鐵細菌可以合成納米磁鐵鏈，用作指南針的指針鏈，用作指南針的指針。海星Ophiocoma wendtii 擁有對光敏感的完美微型透鏡系統(tǒng)。上圖：白天的模樣；下圖：夜間的模樣。Ophiocoma wendtii 是一種碟是一種碟形多毛的海星，長期以來是一形多毛的海星，長期以來是一個不解之謎。這種碟形帶甲殼個不解之謎。這種碟形帶甲殼的動物有五個觸角，當(dāng)有潛在的動物有五個觸角，當(dāng)有潛在敵人靠近時，它們就會急忙縮敵人靠近時，它們就會急忙縮進殼里，但是它們顯然沒有眼進殼里，但是它們顯然沒有眼睛。這個問題最終在其甲殼上睛。這個問題最終在其甲殼上找到了答案，上面長滿了完美找到了答案，上面長滿了完美的微型透

18、鏡，將毛茸茸的整個的微型透鏡，將毛茸茸的整個海星身體變成一個眼觀六路的海星身體變成一個眼觀六路的眼睛。其中的納米原理？各個眼睛。其中的納米原理？各個透鏡結(jié)成晶體，以使化方解石透鏡結(jié)成晶體，以使化方解石的特性只產(chǎn)生一個不起作用的的特性只產(chǎn)生一個不起作用的重影重影 即納米程度的晶體化控即納米程度的晶體化控制。為了防止不必要的色邊，制。為了防止不必要的色邊，向透鏡添加少量的鎂可校正透向透鏡添加少量的鎂可校正透鏡的鏡的“球面像差球面像差”。Ophiocoma 海星使用的這種納海星使用的這種納米改進技術(shù)，曾為米改進技術(shù)，曾為Carl Zeiss 贏得盛名。贏得盛名。應(yīng)用于社會的納米技術(shù)應(yīng)用于社會的納米技

19、術(shù)適用于電腦的AMD 64位處理器，擁有采用130納米技術(shù)制造的1.06億個晶體管目前電腦處理器所使用的晶體管技術(shù)稱為目前電腦處理器所使用的晶體管技術(shù)稱為CMOS從上世紀(jì)從上世紀(jì)70 年代起，專家們就不斷年代起，專家們就不斷預(yù)言這一技術(shù)將在預(yù)言這一技術(shù)將在10 至至15 年間達到發(fā)展極年間達到發(fā)展極限，他們至今仍這么說。然而，隨著電子元限，他們至今仍這么說。然而，隨著電子元件不斷微型化，電子行業(yè)有充分理由相信這件不斷微型化，電子行業(yè)有充分理由相信這一論斷將會被推翻：在微型化過程中，構(gòu)成一論斷將會被推翻：在微型化過程中，構(gòu)成物質(zhì)的實際成份物質(zhì)的實際成份原子結(jié)構(gòu)，正逐漸浮出水原子結(jié)構(gòu)，正逐漸浮出水

20、面。然而電子層是原子中可在正常狀態(tài)下結(jié)面。然而電子層是原子中可在正常狀態(tài)下結(jié)合從而形成技術(shù)結(jié)構(gòu)的最小組成部分，因此，合從而形成技術(shù)結(jié)構(gòu)的最小組成部分，因此，最根本的局限也呈現(xiàn)在我們眼前。導(dǎo)體路徑最根本的局限也呈現(xiàn)在我們眼前。導(dǎo)體路徑無論如何不可能薄于一個原子。無論如何不可能薄于一個原子。對于非常精細的結(jié)構(gòu)，電子的波浪特征最終對于非常精細的結(jié)構(gòu)，電子的波浪特征最終必會顯現(xiàn)必會顯現(xiàn)正如量子論所述。但許多科學(xué)家正如量子論所述。但許多科學(xué)家將此視為開發(fā)全新電子元件的契機，希望借將此視為開發(fā)全新電子元件的契機，希望借此研制出量子電腦，開創(chuàng)全新的數(shù)學(xué)領(lǐng)域此研制出量子電腦，開創(chuàng)全新的數(shù)學(xué)領(lǐng)域硅晶體上的微小部

21、450時逐漸融化，認識這一過程對于提高薄層質(zhì)量非常重要。基爾愛爾布雷大學(xué)(Christian-AlbrechtsUniversity of Kiel)提供的銀金屬上的錳原子。根據(jù)所使用的電壓，被錳原子包圍的電子形成分布模式。諸如此類的效應(yīng)將對未來的電子行業(yè)產(chǎn)生重要影響。相變型相變型RAM目前的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備基于多種目前的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備基于多種技術(shù)，各有其優(yōu)缺點。磁機械技術(shù)，各有其優(yōu)缺點。磁機械硬盤驅(qū)動器（通常用于現(xiàn)有的硬盤驅(qū)動器（通常用于現(xiàn)有的臺式電腦）的存儲密度非常高，臺式電腦）的存儲密度非常高，存儲數(shù)據(jù)無需持續(xù)電流供應(yīng)，存儲數(shù)據(jù)無需持續(xù)電流供應(yīng)，但存取數(shù)據(jù)的速度很慢。相對但存取數(shù)據(jù)的速度很慢。

22、相對而言，而言，DRAM（動態(tài)隨機存?。▌討B(tài)隨機存取存儲器）速度雖快，但需用電存儲器）速度雖快，但需用電流脈沖對數(shù)據(jù)進行不斷流脈沖對數(shù)據(jù)進行不斷“刷刷新新”。應(yīng)用于。應(yīng)用于MP3 播放器、移播放器、移動電話和數(shù)碼相機的閃存動電話和數(shù)碼相機的閃存(Flash Memory)，保存數(shù)據(jù)無，保存數(shù)據(jù)無需持續(xù)電流供應(yīng)，但速度趕不需持續(xù)電流供應(yīng)，但速度趕不上上DRAM，而且只能使用，而且只能使用100 萬次左右。未來的納米技術(shù)存萬次左右。未來的納米技術(shù)存儲概念，應(yīng)能包攬上述所有優(yōu)儲概念，應(yīng)能包攬上述所有優(yōu)點：存儲密度高、速度快、無點：存儲密度高、速度快、無需電流即可保存數(shù)據(jù)以及壽命需電流即可保存數(shù)據(jù)以及

23、壽命長等，從目前的觀點來看，就長等，從目前的觀點來看，就是是MRAM（磁性隨機存取存儲（磁性隨機存取存儲器）以及相變型器）以及相變型RAM。上圖：電腦位存儲層在不同時長的電流和熱脈沖作用下，可在非晶態(tài)和晶態(tài)之間來回轉(zhuǎn)變。IHT of RWTHAachen 的這款專利設(shè)計，使低功耗快速存儲成為可能。下圖：相變型RAM元件的真實設(shè)計。從從3D 開始開始芯片高度不斷增加芯片高度不斷增加慕尼黑的英飛凌慕尼黑的英飛凌(Infineon AG) 公司公司目前已發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)第三維的方法，英飛目前已發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)第三維的方法，英飛凌已成功在晶片上生成碳納米管凌已成功在晶片上生成碳納米管(CNT)（晶片是指拋光硅片，用于

24、安（晶片是指拋光硅片，用于安裝電腦芯片）。碳納米管是絕佳導(dǎo)體，裝電腦芯片）。碳納米管是絕佳導(dǎo)體，幾乎不會產(chǎn)生廢熱，可用作電幾乎不會產(chǎn)生廢熱，可用作電(VIA)，還可用于處理芯片各級線路間的機械還可用于處理芯片各級線路間的機械壓力。長期來看，英飛凌研究人員認壓力。長期來看，英飛凌研究人員認為，藉為，藉CNT 可以開發(fā)出真正的可以開發(fā)出真正的3D 芯芯片技術(shù)，尤其因為片技術(shù)，尤其因為CNT 卓越的導(dǎo)熱卓越的導(dǎo)熱性能，有助于發(fā)散性能，有助于發(fā)散3D 芯片內(nèi)部的熱芯片內(nèi)部的熱量。量。功能強大的硬盤新特性：閱讀頭運用巨大磁阻，其半導(dǎo)體元件有20多個納米層。使用微電子兼容工藝，使碳納米管在硅晶片預(yù)定點進行

25、生長現(xiàn)代藝術(shù)：自旋子RAM 的試驗結(jié)構(gòu)硅片上的單個有機分子。德國波鴻魯爾大學(xué)(Ruhr University of Bochum)掃描隧道顯微鏡圖像隧道連接量子線電子穿越經(jīng)典理論所稱之被封鎖的通道。納米技術(shù)試驗開始逐漸推翻這一理論自旋電子學(xué)自旋電子學(xué)用自旋電子進行運算用自旋電子進行運算自旋電子元件可能會引發(fā)一場真正的自旋電子元件可能會引發(fā)一場真正的革命，可能使摩爾定律仍然適用于未革命，可能使摩爾定律仍然適用于未來，它不僅用到電子的電特性，還利來，它不僅用到電子的電特性，還利用其磁特性用其磁特性 自旋。電子自旋表現(xiàn)為自旋。電子自旋表現(xiàn)為一種微弱的磁慣性，它以一種復(fù)雜的一種微弱的磁慣性，它以一種復(fù)

26、雜的方式與其它磁體相互作用，因此可用方式與其它磁體相互作用，因此可用于電子用途。于電子用途?！白孕娮幼孕娮印被虼烹娮踊虼烹娮拥膽?yīng)用已進入我們?nèi)粘Ｉ睿盒滦陀驳膽?yīng)用已進入我們?nèi)粘Ｉ睿盒滦陀脖P安裝有盤安裝有“自旋閥自旋閥”薄層閱讀頭，可薄層閱讀頭，可在巨大磁阻基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)非常微小的磁在巨大磁阻基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)非常微小的磁疇，從而極大提高存儲密度。疇，從而極大提高存儲密度。如同縮微城市般復(fù)雜 借助掃描電子顯微鏡觀察到的芯片蝕刻銅電路(IBM)?，F(xiàn)代芯片有多達九級的電路在磁存儲芯片在磁存儲芯片MRAM 中，信息存儲在磁中，信息存儲在磁層的自旋中。這一技術(shù)對非易失性主存層的自旋中。這一技術(shù)對非易失性主存儲

27、器意義重大，長遠來看，可能會取代儲器意義重大，長遠來看，可能會取代機械操作硬盤。機械操作硬盤。自旋極化掃描隧道顯微鏡的探磁針掃描單個原子的磁性。醫(yī)療保健醫(yī)療保健含有納米粒子的薄膜可以長久保鮮食品采用聚合物基應(yīng)答器芯片，進行智能包裝2020 年早餐及其重要性：還有咖啡嗎？當(dāng)年早餐及其重要性：還有咖啡嗎？當(dāng)然有，那橙汁呢？當(dāng)然也有，不過包裝盒會然有，那橙汁呢？當(dāng)然也有，不過包裝盒會有較特別之處，比如包裝盒內(nèi)的有較特別之處，比如包裝盒內(nèi)的“電子舌電子舌”，可以檢測橙汁，確定橙汁仍然適合飲用。可以檢測橙汁，確定橙汁仍然適合飲用。浴室鏡上裝配納米電子裝置，按要求向用戶浴室鏡上裝配納米電子裝置，按要求向用

28、戶提供信息，但它對橙汁多少有些保守，因為提供信息，但它對橙汁多少有些保守，因為橙汁含糖，易引起蛀牙。這樣就又有了納米橙汁含糖，易引起蛀牙。這樣就又有了納米技術(shù)的用武之地：在牙膏（已問世）中添加技術(shù)的用武之地：在牙膏（已問世）中添加納米級的磷灰石和蛋白質(zhì)粒子，這些是牙齒納米級的磷灰石和蛋白質(zhì)粒子，這些是牙齒中含有的天然成分，幫助牙齒恢復(fù)正常狀態(tài)中含有的天然成分，幫助牙齒恢復(fù)正常狀態(tài)（請參閱生物礦化作用）。（請參閱生物礦化作用）。在日霜（已問世）中含有納米級的氧化鋅粒在日霜（已問世）中含有納米級的氧化鋅粒子，可抵抗有害的紫外線輻射。由于是納米子，可抵抗有害的紫外線輻射。由于是納米級粒子，完全無形無

29、色，因此日霜并非白色，級粒子，完全無形無色，因此日霜并非白色，而是完全透明的。而是完全透明的。配備納米電子裝置的智能鏡面播放牙齒清潔課程未來的診斷學(xué)。采用納米技術(shù)，目前日益昂貴的治療方法將能夠為大眾所承受服用的藥物會變得非常先進，可以裝入超服用的藥物會變得非常先進，可以裝入超分子中空分子（開發(fā)中）、納米運輸容器分子中空分子（開發(fā)中）、納米運輸容器中，容器上帶有觸角，觸角上附有類似的中，容器上帶有觸角，觸角上附有類似的感知蛋白質(zhì)的抗體。當(dāng)接觸到致病因子的感知蛋白質(zhì)的抗體。當(dāng)接觸到致病因子的特有結(jié)構(gòu)時（如癌細胞或細菌外表），觸特有結(jié)構(gòu)時（如癌細胞或細菌外表），觸角將接觸在因子表面上，向中空分子發(fā)出角將接觸在因子表面上，向中空分子發(fā)出信號，中空分子收到信號后打開膠囊，釋信號，中空分子收到信號后打開膠囊，釋放出藥物。采用這種納米技術(shù)，可以將大放出藥物。采用這種納米技術(shù)，可以將大劑量的藥物直接送到病源，而不會對機體劑量的藥物直接送到病源，而不會對機體的其它部位造成任何刺激，從而減輕副作的其它部位造成任何刺激，從而減輕副作用。用。超分子藥物膠囊超