138
V FƏSİL
ELEKTRONİKA MÜASİR DÖVRDƏ
§5.1. Fiziki elektronikanın yeni
sahəsi – nanoelektronika
Elektronika sürətlə inkişaf edən elm və texnikanın bir sahə‐
sidir. O, elektron cihazlarının əsasını təşkil edən qazlarda və
yarımkeçiricilərdə baş verən elektron və ion proseslərini
öyrənir. Elektronikanın sürətli inkişafı nəticəsində elm və
texnikada: radio‐, kvant‐, foto‐, opto‐, mikro‐, akusto‐, piro‐,
bio‐, krio‐, maqnetoelektronika və s. kimi yeni sahələr
yaranmışdır.
Elektronikanın bir sıra sahələri haqqında kifayət qədər
məlumatımız var. Odur ki, elektronikanın son illərdə forma‐
laşmış bəzi sahələri ilə tanış olaq.
Qısa tarixi faktlar.
Hələ 2400 il əvvəl, ilk dəfə olaraq Yunan
filosofu Demokrit maddənin ən kiçik hissəsini atom adlandır‐
mışdı. O dövrdən başlayaraq alimlər arasında ən kiçik hissə‐
ciyin ölçüsü haqqında çoxlu mübahisələr gedirdi. Nəhayət,
1905‐ci ildə Albert Eynşteyn şəkər molekullarının ölçüsünü
hesablamış və 1 nm‐ə bərabər olduğunu aşkar etmişdir.
1931‐ci ildə alman alimləri Maks Knoll və Ernst Ruska
nanoobyektləri tədqiq etmək üçün elektron mikroskopunu
yaratdılar. 1959‐cu ildə Amerika fiziki Riçard Feynman ilk
dəfə olaraq elmi əsaslarla sübut etdi ki, atomlardan ibarət
ixtiyari bir sistem hazırlamaq mümkündür. O, elmin bu yeni
sahəsinə marağı artırmaq məqsədi ilə kitab səhifələrini sancaq
ucuna köçürə bilən tədqiqatçıya 1000$ məbləğində mükafat
da ayırdı. Onun bu arzusu 1964‐cü ildə həyata keçdi.
139
1974‐cü ildə Yapon fiziki Norio Taniquçi mexaniki ölçüləri
1 mikrondan kiçik olan cihazları nanotexnika adlandırmağı
təklif etdi. 1981‐ci ildə alman fizikləri Herd Beninq, Henrix
Rorer skaynerləyici tunel mikroskopunu – maddələrə atom
səviyyəsində təsir göstərə bilən cihazı, yaratdıqlarına görə
dörd ildən sonra Nobel mükafatına layiq görüldülər. 1989‐cu
ildə İBM firmasının əməkdaşı Donald Eyqler ksenon atom‐
larının köməyi ilə öz firmasının adını yazdı. 1998‐ci ildə isə
holland fiziki Seez Dekker nanotranzistor ixtira etdi.
Qısa müddət ərzində nanotexnologiyaya maraq o dərəcədə
artdı ki, hətta 2000‐ci ildə ABŞ dövlət səviyyəsində Milli
Nanotexnologiya Təşəbbüsçüləri
adlı qrupun yaradılması təkli‐
fini qəbul etdi. Federal büdcədən bu təşəbbüsə 500 mln dollar
vəsait ayrıldı. 2002‐ci ildə tədqiqat işlərinə ayrılan məbləğ 604
mln dollara çatdırıldı. 2003‐cü ildə Təşəbbüskarlar 710 mln
dollar vəsait tələb etdilər, 2004‐cü ildə ABŞ hökuməti elmin
bu sahəsinə sərf edilən vəsaitin 3,7 mlrd dollara çatdırmaq
haqqında qərar qəbul etdi. Ümumiyyətlə, 2004‐cü ildə dün‐
yada nanotexnalogiyaya qoyulan investisiyanın məbləği 12
mld dollara bərabər idi.
Karbon fullerenləri və nanoborucuqları.
1985‐ci ildə Ro‐
bert Kerl, Harold Kroto və Riçard Smolli karbon atomlarının
yeni halını – fullerenləri kəşf etdilər. Onlar bu kəşfə görə 1996‐
cı ildə Nobel mükafatına layiq görüldülər.
Fullerenin molekulunun əsasını karbon atomları təşkil edir
– bu kimyəvi elementin fərqləndirici xüsusiyyəti ondan
ibarətdir ki, o, müxtəlif tərkibli maddələrlə, müxtəlif quru‐
luşda asanlıqla birləşir. Kimyadan məlumdur ki, karbonun
əsasən iki allotrop halı – qrafit və almaz mövcuddur. Fulle‐
renlərin kəşfindən sonra karbonun yeni bir allotrop halı da
140
aşkar edildi. Qrafit, almaz və fullerenlərin quruluşu ilə tanış
olaq.
Qrafit laylı quruluşa malikdir. Onun hər bir layında karbon
atomları bir‐biri ilə kovalent rabitələrlə düzgün altıbucaqlı
şəkilində birləşir. Qonşu laylar arasında zəif Van‐der‐Vaals
qüvvələri təsir göstərdiyindən laylar bir‐birinə nisbətən
asanlıqla yerdəyişə bilir. Buna misal olaraq karandaşın kağız
üzərində izini göstərə bilərik.
Almaz üçölçülü tetraedr quruluşa malikdir. Hər bir karbon
atomu qalan dörd karbon atomu ilə kovalent rabitə yaradır.
Kristall qəfəsdə olan bütün atomlar bir‐birindən bərabər
məsafədə (154 nm) yerləşir. Kristalın atomlarından hər biri
digəri ilə kovalent rabitə yaradaraq nəhəng bir makromolekul
əmələ gətirir. Almazda C‐C kovalent rabitə enerjisi böyük
olduğuna görə yüksək dərəcədə davamlı, qiymətli daş
olmaqla yanaşı, o, həm də metalkəsmədə və səthlərin
emalında geniş tətbiq edilir.
Fulleren adı memar Bakminster Fullerin şərəfinə veril‐
mişdir. O, belə bir quruluşu ilk dəfə özünün memarlıq işlə‐
rində tətbiq etmişdi. Buna görə də bəzən fullerenləri bakibol
da adlandırırlar. Fulleren beş‐ və ya altıbucaqlılardan ibarət,
futbol topuna bənzəyən, qəfəs quruluşuna malikdir. Əgər bu
çoxüzlünün təpə nöqtələrində karbon atomlarının yerləş‐
diyini qəbul etsək, onda biz ən dayanıqlı quruluş olan C
60
fullerenini alarıq (şəkil 5.1).
C
60
molekulunda 20 ədəd altıbucaqlı var. Bu halda hər bir
beşbucaqlı altıbucaqlı ilə əhatə olunur. Altıbucaqlının üç tərəfi
digər altıbucaqlı ilə, qalan üç tərəfi isə beşbucaqlı ilə
ümumidir.
Fulleren molekulunun quruluşu elə bir formaya malikdir
141
ki, onun daxilində olan boşluğa digər maddələrin atom və
molekullarını daxil edib, ixtiyari yerə təhlükəsiz daşımaq olar.
Fulleren molekulu tədqiq edilərkən tərkibində müxtəlif sayda
– 36‐dan 540‐ə qədər karbon atomu olan quruluşlar sintez
edilmişdir (şəkil 5.2).
a)
b)
c)
Şəkil 5.1. Fullerenin
quruluşu
Şəkil 5.2. Fullerenlər a) C
60
, b) C
70
, c) C
90
Fulleren molekulunun quruluşunun tədqiqini davam et‐
dirən Yaponiyalı professor S.İidzima 1991‐ci ildə nanoboru‐
cuq adlanan uzun karbon silindrini müşahidə etmişdir (şəkil
5.3).
Şəkil 5.3. Nanoborucuğun quruluşu.
Nanoborucuq – milliyon karbon atomundan ibarət elə bir
molekuldur ki, borunun diametri nanometr tərtibində, uzun‐
luğu isə bir neçə on mikrometrdir. Borunun divarlarında kar‐
bon atomları düzgün altıbucaqlının təpə nöqtələrində yerləşir.
Nanoborucuqlar nəzəri olaraq qabaqcadan irəli sürülmədi‐
yindən, onu təcrübələrdə öyrəndikcə təəccüb doğururdu.
Qeyd edək ki, borucuqların diametri tükdən 100 dəfə kiçik