На художественной выставке, открывшейся в Музее патентов и товарных знаков
США в Александрии, штат Вирджиния, представлены два изображения атомных
структур, являющиеся результатом научной деятельности специалистов исследовательских
лабораторий IBM. Экспериментируя с материалами, из которых, возможно, будут
создаваться компьютерные микросхемы и компоненты устройств хранения, ученые
IBM построили из отдельных атомов структуры, используя специализированный
микроскоп, изобретение которого принесло двум сотрудникам IBM Нобелевскую
премию в 1986 году. Два таких изображения, созданные с применением низкотемпературного
сканирующего туннельного микроскопа IBM (Scanning Tunneling Microscope,
STM), представлены на выставке «Искусство изобретения», подготовленной организацией
National Inventors Hall of Fame Foundation (NIHFF) и Бюро патентов и торговых
марок США (United States Patent and Trademark Office, USPTO) для музея USPTO
Museum в Александрии, штат Вирджиния. На открывшейся сегодня выставке представлены
более 70 работ, в основе которых лежат изобретения, патенты и товарные знаки.
Эта экспозиция будет демонстрироваться в течение одного года. В 1981 году
Герд Бинниг (Gerd Binnig) и Генрих Рорер (Heinrich Rohrer) из исследовательской
лаборатории IBM Zurich Research Laboratory в Цюрихе (Швейцария) разработали
новую мощную технологию визуализации отдельных атомов на поверхности металла
или полупроводника. За это достижение в 1986 году они получили Нобелевскую
премию по физике. Впоследствии исследователи IBM впервые использовали STM-микроскоп
для перемещения и позиционирования отдельных атомов, выложив из атомов ксенона
слово «IBM». Сегодня, через двадцать лет после вручения Нобелевской премии,
интерес общественности к STM-микроскопу не ослабевает, поскольку людей привлекает
возможность наблюдать столь малые объекты и манипулировать ими. А исследователи
IBM продолжают использовать технологии STM, стремясь проложить путь к созданию
интегральных схем из атомных и молекулярных компонентов. Это позволит в
сотни тысяч раз увеличить количество логических элементов на микросхеме,
по сравнению с самыми передовыми современными технологиями, — а значит,
создавать более миниатюрные и высокопроизводительные компьютеры и устройства
с низким энергопотреблением, которые сегодня трудно себе представить. Два
представленных изображения основываются на разработках исследовательских
центров IBM начала 1990-х годов, таких как: «Квантовый загон» Вдохновленные
возможностью использовать STM-микроскоп для получения изображений волновых
рельефов (более точно — распределений плотности) электронов на поверхности
металла, ученые IBM Майкл Кромми (Michael Crommie), Крис Луц (Chris Lutz)
и Дон Эйглер (Don Eigler) сделали следующий шаг, построив «квантовое состояние»
электрона по своему собственному проекту. Они расположили по кругу 48 атомов
железа, чтобы «загнать в ловушку» некоторые поверхностные электроны и заставить
их перейти в квантовые состояния, определяемые стенками этого кругового
загона. Волны внутри этого кольца атомов формируют волновой рельеф некоторых
электронов, запертых в загоне. Специалисты IBM обнаружили, что они могут
количественно описать поведение электронов, решив классическую задачу квантовой
механики — частица в блоке с жесткими стенками, — прокладывая тем самым
путь к созданию функциональных квантовых состояний, что может в будущем
применяться для построения компьютерных микросхем и в других областях. Поиск
квантового хаоса Заинтригованные возможностью наблюдать «квантовый хаос»,
специалисты по квантовой механике Майкл Кромми, Крис Луц и Дон Эйглер сконструировали
квантовый загон в форме стадиона, в надежде увидеть признак квантового хаоса,
известный как «рубцевание». Рубцевание волновых рельефов электронов привело
бы к формированию волн вдоль классических периодических орбит «стадиона».
Однако никакого рубцевания не наблюдалось. Причина заключается в том, что
квантовые загоны похожи на любую резонансную структуру, например колокол.
Только этот «квантовый» колокол звонит недостаточно хорошо, фактически он
больше стучит, чем звонит.