V. CÔNG NGHỆ NANO
5.5.Triển vọng của phương pháp lắp ráp phân tử
2 Chip tích hợp Intel 8086 (đưa ra năm 1978) có khoảng 9.000 tranzito Pentium 4 (đưa ra năm 000) có khoảng 4 triệu tranzito trên 1 con chip
5.5.Triển vọng của phương pháp lắp ráp phân tử
Các nhà khoa học từ lâu đã tìm kiếm khả năng có được năng lực chế tạo của tự nhiên để chế tạo vật liệu, thiết bị bằng phương pháp từ dưới lên, với việc thao tác từng nguyên tử một. Việc chế tạo thông thường đối với nhiều sản phẩm, mặc dù đã được tiếp tay bởi
CNNN (như các chip máy tính, MEM), nhưng đều bắt đầu từ một lượng vật liệu lớn rồi từ đó khử bỏ dần thông qua các nguyên công cắt gọt, khắc hoặc mài để tạo ra các cấu phần ở cấp nano, nghĩa là theo phương pháp từ trên xuống. Phương pháp chế tạo từ dưới lên, hay còn gọi là chế tạo ở cấp phân tử, hoặc lắp ráp phân tử được coi là một trong những điều tuyệt vời của CNNN. Đây có lẽ cũng là một trong những điều gây kinh sợ nhiều nhất đối với kỷ nguyên CNNN đang nổi lên.
Để thực hiện được việc chế tạo ở cấp phân tử cần phải được trang bị một số kỹ thuật kèm theo. Một là phải tìm được những chi tiết để từ đó tạo dựng nên những đối tượng cần thiết. Những chi tiết này phải bền vững về vật lý, ổn định về mặt hoá học, dễ thao tác và ở một mức độ nào đó phải linh hoạt về chức năng. Một số chuyên gia thuộc lĩnh vực này đề xuất việc sử dụng những cấu trúc giống kim cương được tạo từ cacbon làm các chi tiết để chế tạo bánh răng, rôto v.v... Cũng có thể dùng những phân tử khác làm chi tiết và tạo ra các năng lực kết hợp khác, chẳng hạn như các cấu trúc gây ra phản ứng hoá học. Cần có thêm những công trình bổ sung ở trong các lĩnh vực lập mô hình và tổng hợp các cấu trúc phân tử thích hợp, và một số nhóm nghiên cứu đang phấn đấu cho mục đích này. Dresselhaus và những nhóm khác đang tạo ra những chi tiết phân tử phù hợp cho các cấu trúc đó.
Lĩnh vực lớn thứ hai đang phát triển là khả năng lắp ráp các cấu trúc phức tạp dựa trên một thiết kế cụ thể. Một số nhà nghiên cứu đang tiến hành các cách tiếp cận khác nhau để giải quyết vấn đề này. Đang phát triển các kỹ thuật khác nhau để định vị phân tử/nguyên tử. Một cách tiếp cận của Quate, Mc Donald và Eigler là sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử có đầu dò rất nhỏ để dịch chuyển các nguyên tử và phân tử và bổ sung thêm các lực vật lý và hoá học. Một cách tiếp cận nữa là của Prentiss, trong đó ông sử dụng laze để định vị các phân tử vào những chỗ cần thiết. Một số nhóm nghiên cứu đang nhằm vào các kỹ thuật lắp ráp hoá học, bao gồm cách tiếp cận của Whiteside là xây dựng các cấu trúc từ từng lớp phân tử.
Lĩnh vực thứ ba đang được phát triển là thiết kế và kỹ thuật hệ thống. Các hệ thống phân tử cực kỳ phức tạp ở cấp vĩ mô sẽ đòi hỏi rất nhiều đến những công việc như thiết kế từng phần, thiết kế tổng thể, kết hợp hệ thống, cũng giống như những hệ thống chế tạo phức tạp hiện nay. Mặc dù các vấn đề thiết kế có thể được tách ra phần lớn ở cấp bộ phận, nhưng vẫn đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn để phục vụ việc thiết kế và kiểm định. Cũng cần phải tiến hành kiểm tra về những yếu tố kỹ thuật như dung sai, khuyết tật, độ nguyên vẹn về vật lý và độ ổn định hoá học.
Một số chuyên gia ở lĩnh vực này đã vạch ra con đường phát triển tiềm năng của lĩnh vực chế tạo cấp phân tử, được phân ra theo quy mô tổng thể, công nghệ chế tạo, độ phức tạp của hệ thống, vật liệu dùng cho các cấu phần v.v. Một số phương án trong đó dự báo sự ra đời của những đoàn rôbôt nano cùng làm việc để lắp ráp các cấu trúc (là những chi tiết chứa khoảng 100 đến 10.000 phân tử). Những quan điểm khác tiên tiến hơn đề xuất các nguyên tắc hoá học và sử dụng các nguyên liệu hoá chất đơn giản để nhận được những chi tiết chứa 108-109 phân tử.
Mặc dù lĩnh vực chế tạo cấp phân tử có triển vọng đem lại những thay đổi lớn cho toàn cầu (chẳng hạn như việc đào tạo lại một số lượng lớn nhân lực, các cơ hội cho những nước
để nắm bắt và theo đuổi mô hình chế tạo mới, hoặc sự biến đổi của những nước không có được di sản kết cấu hạ tầng sản xuất), nhưng vẫn chưa biết cụ thể lắm về các công nghệ được đề cập. Tuy nhiên, đã có tiến bộ lớn trong việc phát triển các công nghệ thành phần ở giai đoạn đầu của lĩnh vực chế tạo cấp phân tử, trong đó các đối tượng có thể được chế tạo từ các phân tử đơn giản. Mặc dù những chi tiết để làm nên những hệ thống này hiện mới chỉ tồn tại ở giai đoạn nghiên cứu, nhưng có cơ sở để hy vọng rằng 10 năm sắp đến có thể phát triển được khả năng tích hợp chúng. Một hệ thống như vậy có thể lắp ráp được các cấu trúc có chứa 100-10.000 cấu phần và kích thước toàn bộ lên tới hàng chục micron. Một loạt các đột phá quan trọng có thể đẩy nhanh hơn nhiều tốc độ tiến bộ của lĩnh vực này, nhưng xem ra đến năm 2015 chưa chắc đã có thể áp dụng phương pháp chế tạo cấp phân tử để tạo ra những đối tượng cấp vĩ mô.