Реферат: Тенденции развития современных направлений науки

Графеновые наносоты, полученные исследователями из США. Белая полоска - 500 нм, 0,5 мкм или 1/2000 миллиметра

Использованный физиками метод заключался не в том, что под микроскопом исследователи переносили наноструктуры в нужном направлении. Такой подход, кстати, не столь уж невозможен в принципе: в лабораториях IBM сотрудники вручную сложили название фирмы из атомов золота еще в начале 1990-х годов. Но для промышленного использования подобные методы, естественно, неприменимы. Упорядоченные поверхности, называемые также наноматериалами, растут сами, подобно кристаллам льда на стекле. В задачу ученых входит подобрать параметры химической реакции, приводящей к формированию нужной структуры.

Углеродные нанотрубки, длинные цилиндры из атомов углерода (толщина стенки — один атом), тоже собираются за счет химических реакций. Причем в 2009 г. китайским исследователям удалось вырастить нанотрубки длиной 18 сантиметров. Это уже далеко не микроскопический масштаб.

Это непростое задание, так как предсказать поведение осаждаемых на поверхность молекул сложно. А решать задачу путем простого перебора всех возможных условий (состав смесей, температура и давление, используемые катализаторы) невозможно из-за большого числа вариантов. Исследователи, получившие в итоге наносоты, использовали метод, разработанный еще в 1990-х годах — блоковую сополимерную литографию.

Эти точки — отдельные атомы ксенона, перемещенные при помощи специального зонда под микроскопом. Апрель 1990 г., начало эры нанотехнологий

Блок-сополимеры — это, как следует из названия, разновидность полимеров, то есть длинных цепочек молекул из одинаковых звеньев. Точнее, почти одинаковых, так как в отличие от, к примеру, полиэтилена, блок-сополимеры образованы сращиванием двух разных цепочек из звеньев разной структуры.

Если обычный полимер выглядит как цепочка вида "А-А-...-А-А", то блок-сополимер устроен как "А-А-...-А-Б-...-Б-Б".

Так как цепочки неоднородны, то они могут, например, слипаться определенными участками и формировать упорядоченную структуру. Варьируя состав цепочек блок-сополимеров и меняя условия эксперимента, можно добиться того, что из них соберется интересующая ученых структура. Правда, пока что не те самые графеновые наносоты. Для получения наносот полимер потребуется еще и испарить.

На получении графеновых наносот исследователи не остановились. Из этого материала были изготовлены экспериментальные полупроводниковые устройства, непригодные пока что для промышленного производства, но позволившие убедиться в том, что наносоты все-таки ведут себя именно так, как и ожидали ученые.

Число деталей

Процессор ноутбука, на котором была написана эта статья, имеет 47 млн транзисторов, которые потребовалось соединить определенным образом друг с другом внутри кристалла площадью 26 квадратных миллиметров.

Указанные числа — далеко не предел. Внутри высокопроизводительного настольного компьютера суммарное число транзисторов в процессоре и видеокарте может перевалить и за миллиард. Поэтому говорить о том, что графеновые транзисторы в ближайшие годы заменят кремниевые, все-таки не приходится. Исследователям во всем мире предстоит еще разработать технологии, позволяющие получать не просто отдельные транзисторы, а сложные схемы, и не в единичных экземплярах, а в условиях поточного производства. Впрочем, если вспомнить что первый транзистор как таковой появился лишь во второй половине XX века — это не кажется столь уж нереальным.

2. Биофизика

2.1 Понятие и история

Биофи́зика (от др. греч. βiοs — жизнь, др. греч. φύσις — природа):

· раздел физики и современной биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом;

· это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Обобщённо можно сказать, что биофизика изучает особенности функционирования физических законов на биологическом уровне организации вещества.

"Важнейшее содержание биофизики составляют: нахождение общих принципов биологически значимых взаимодействий на молекулярном уровне, раскрытие их природы в соответствии с законами современной физики, химии с использованием новейших достижений математики и разработка на основе этого исходных обобщённых понятий, адекватных описываемым биологическим явлениям"^[1] .

По номенклатуре ЮНЕСКО биофизика является разделом биологии и имеет код 2406^[2] .

Биофизика — наука междисциплинарная и для работы в ней требуются знания физики, биологии, химии и медицины. Поэтому биофизически ориентированные исследования проводятся не только в специализированных институтах, но также и в биологических, химических, фармакологических и медицинских.

В настоящее время интенсивно развиваются биофизика сложных систем и молекулярная биофизика.

Современные области исследований биофизики: влияние космогеофизических факторов на течение физических и биохимических реакций, фотобиологические процессы, математическое моделирование, физика белковых и мембранных структур, нанобиология и др.

2.2 Области применения

Биологические объекты, как правило, очень сложны и на протекающие в них процессы влияют многие факторы, которые часто зависят друг от друга. Физика позволяет создать упрощенные модели объекта, которые описываются законами термодинамики, электродинамики, квантовой и классической механики. С помощью корреляции физических данных с биологическими можно получить более глубокое понимание процессов в исследуемом биологическом объекте.

В физике имеется множество методов, которые в своей первоначальной форме не могут быть использованы для исследований биологических объектов. Поэтому ещё одной задачей биофизики является приспособление этих методов и методик для решения задач биологии. Сегодня для получения информации в биологических системах применяют различные оптические методы, рентгено-структурный анализ с использованием синхротронного излучения, ЯМР- и ЭПР-спектроскопию, 7-резонансную спектроскопию, различные электрометрические методы, микроэлектродную технику, методы хемилюминесценции, лазерную спектроскопию, метод меченых атомов и др. Это используется, в частности, для медицинской диагностики и терапии.

Также разрабатываются специальные методики с использованием эффектов при восприятии некоторых воздействий на биологическую форму материи.

3. Космическая биология