**

1ـ مقدمه: نانوتكنولوژي يعني توليد و كاربرد اجسام يا وسايل با مقياس فوق العاده ريز و كوچك, اينگونه اجسام يا وسايل در حد 1 تا 100 نانومتر مي باشند يك نانومتر معادل يك ميليونيم متر است (m 000000001/0) كه حدود 50000 برابر كوچكتر از قطر موي انسان مي باشد. دانشمندان براي مقياس نانو به حدود 1 تا 100 نانومتر استناد مي‌كنند و اجسام و مواردي كه در اين مقياس هستند بنام نانوكريستال يا اجسام نانو   (nanomaterials) ناميده مي شوند. مقياس نانو بي مانند و كم نظير است زيرا هيچ شيئي كوچكتر از آن نمي توان ساخت و از طرفي به اين علت بي نظير است كه بسياري از مكانيزم هاي بيوتكنولوژي و فيزيكي در مقياس هاي طولي 1/0 تا 100 نانومتر كار مي كنند. در اين ابعاد اجسام خواص فيزيكي مختلفي نشان مي دهند و بدين ترتيب دانشمندان اميدوارند كه بسياري تاثيرات نوين در مقياس نانو براي پيشرفت تكنولوژيهاي مختلف كشف و مورد استفاده واقع گردند. برخي پيشرفت هاي مهم قبلاً در نانوتكنولوژي رخ داده است. اين پيشرفت ها در محصولاتي كه در سراسر دنيا توليد مي شوند مي توان يافت. بعضي از نمونه ها عبارتند از مبدل‌هاي كاتاليتيكي (Catalitic) در اتومبيل ها كه به حذف مواد آلوده كننده هوا كمك مي نمايند. كرم‌هاي ضدآفتاب و مواد آرايشي كه تشعشع مضر ناشي از آفتاب را مي گيرند بدون اينكه شفافيت و نور از بين برود و يا روكش ها و پوشش هاي ويژه جهت پوشاك ورزشي و يا لباسهائي كه كاركرد و عمل ورزشكار را بالا ميبرد. هنوز بسياري از دانشمندان, مهندسين و تكنولوژيست‌ها معتقدند كه آنها فقط سطح پتانسيل نانوتكنولوژي را خراشي داده اند. نانوتكنولوژي طفوليت خود را ميگذاراند و هيچكس با دقت نمي تواند پيش بيني كند كه نتيجه شكفتن كامل اين تكنولوژي در چند دهه آينده چه خواهد بود. معهذا بسياري از دانشمندان با اطمينان اعتقاد دارند كه نانوتكنولوژي اثرات عمده اي بر روي مراقبت هاي بهداشتي و پزشكي و كامپيوتر و سنسورها و امنيت و دفاع جهاني خواهد داشت.
2ـ نانوتكنولوژي چيست؟ براي درك و فهميدن مقياس نانو, قطر يك اتم كه جزء اصلي سازنده ماده مي باشد, در نظر بگيريد. اتم هيدروژن, يكي از كوچكترين اتمهاي موجود در طبيعت فقط 1/0 نانو قطر دارد. در واقع كليه اتمها تقريباً از نانو مي باشند و بحدي ريزند كه چشم انسان قادر به ديدن آنها نيست. اتم ها بهم متصل شده و ملكولها را تشكيل ميدهند كه كوچكترين جزء تشكيل دهنده يك تركيب يا ماده شيميايي ميباشند. ملكولها به نوبه خود, سلولها را بوجود مي آورند كه واحدهاي اصلي زندگي بشمار مي روند. ملكولهائي كه شامل 30 اتم مي باشند قطرشان حدود 1 نانومتر است. اندازه سلولهاي انسان از 5000 تا 200000 نانو ميباشد يعني بزرگتر از مقياس نانو هستند معهذا مواد پروتئيني كه عمليات دروني سلول ها را انجام مي دهند فقط 3 تا 20 نانو ميباشند و در مقياس ويروسهائي كه سلولهاي انسان را مورد حمله قرار مي‌دهند. حدود 10 تا 200 نانو و ملكولهاي سازنده داروها جهت مقابله با ويروسها كمتر از 5 نانو بزرگي دارند. امكان ساخت مواد و وسايل جديدي كه در همين مقياس كارهاي اصلي طبيعت عمل نمايند دليل آنست كه چرا توجه بسياري به جهان كوچكتر از 100 نانو معطوف شده است. اما 100 نانو يك خط تقسيم اختياري نيست اين مقدار طولي است كه در آن خواص ويژه اي در مواد و اجسام مشاهده گرديده است يعني خواصي كه عميقاً با خواص موجود در مقياس نانو تفاوت بسيار دارند. انسان عملاً مدتها درباره اين خواص ويژه اطلاعاتي داشته است ولي نمي فهميد كه چرا اين خواص پيدا شده و يا رخ مي دهند. شيشه گران در قرون وسطي براي مثال مي‌دانستند كه اگر طلا را به ذرات بسيار ريز خرد كننده و اين ذرات خيلي ريز را داخل شيشه مي پاشند رنگ طلا از زرد اصلي يا به آبي يا سبز يا قرمز تبديل شود كه بستگي به اندازه ذرات طلا دارد. شيشه گران از اين ذرات براي ساختن و توليد شيشه هاي رنگي زيبا جهت پنجره ها استفاده مي كردند كه در كليساهاي سراسر اروپا يافت مي شوند, مثلاً كليساي نوتردام دوپاري در فرانسه. اين شيشه گران در آن زمان نمي‌دانستند كه طلا را در مقياس نانو خرد كرده اند يا نانوكريستال طلا تهيه نموده اند. در مقياس هاي بزرگتر از 100 نانو رنگ طلا زرد است ولي در اندازه هاي كوچكتر از 100 نانو رنگهاي ديگري خواهد داشت. نانوتكنولوژيست ها فريفته و وسوسه امكان توليد وسايل ساخت انسان در اندازه مولكولي در مقياس نانو شده اند و به همين علت است كه اين رشته را گاهي اوقات نانوتكنولوژي ملكولي مي نامند. بعضي از نانوتكنولوژيست ها قصد دارند اجسام و وسايل (خودتكثير) بسازند يعني به طور همزمان كار خود را انجام داده و تعدادشان را تكثير نمايند درست مانند عملي كه موجودات زنده انجام مي دهند. براي برخي از طرفداران اوليه اين رشته, اين موضوع از نانوتكنولوژي بيشترين اهميت را دارد. اگر واحدهاي فعال و كاري بسيار ريز را بتوان در اندازه يك مولكول بهم سوار و مونتاژ نمود بطوريكه تحت شرايط كنترل شده خود تكثير باشند كارآئي هاي عظيمي واقعيت خواهد يافت معهذا بسياري از دانشمندان در رابطه با امكان ساخت اجسام نانو كه خودتكثير باشند شك دارند.
3ـ روش هاي رسيدن به نانوتكنولوژي ـ دانشمندان هم اكنون در حال مطالعه و تجربه در رابطه با روش ساخت و توليد وسايل و مواد با مقياس 1 تا 100 نانو مي باشند. اين روشها را بالا به پايين و پايين به بالا مي نامند.
الف ـ روش بالا به پايين Top - Down ـ در فرايند بالا ـ پايين نانوتكنولوژيست ها از يك ماده يا جسم مجسم شروع كرده و از آن اجسام كوچكتر بريده و در مي آورند. اين روشها عموماً امروزه جهت ساخت و توليد قطعات كامپيوتر و قطعات حافظه و ساير اجزائي كه مدارها را بهم پيوسته و كامپيوتر با آنها كار مي كند, مورد استفاده قرار مي‌گيرند. براي توليد قطعات كامپيوتر, فيلم هاي نازكي از مواد كه ماسك ناميده ميشوند روي ورقه هاي سيليكون رسوب داده مي شود (اندود مي شود) و قسمتهاي غير مورد نياز بيرون آورده مي شود. تقريباً كليه قطعات تجارتي كامپيوتري كه امروزه ساخته ميشوند بزرگتر از 100 نانومتر ميباشند معهذا تكنولوژي جهت ساخت و توليد قطعات كامپيوتري كوچكتر و سريع تر تا كنون به زير 100 نانومتر رسيده است. قطعات كوچكتر و سريعتر كامپيوتري موجب مي شوند كه كامپيوترها كوچكتر شده و عمليات را خيلي سريعتر انجام دهند. روش بالا پايين كه گاهي اوقات mictofabrication (ساخت و توليد قطعات خيلي ريز) و يا nanofabrication (ساخت و توليد نانو) ناميده مي شوند از روش ها پيشرفته حكاكي و يا چاپ بر روي سنگ براي ساخت و توليد قطعات كامپيوتر به اندازه هاي فعلي يا كوچكتر از آنها, استفاده مي نمايد اين شامل ليتوگرافي نوري و ليتوگرافي E - Beam (تشعشع الكتروني) مي باشند. ليتوگرافي نوري امروزه براي توليد اجسامي كوچكتر از 100 نانومتر بكار مي رود. تلاش ميشود كه با اين روش قطعات حتي كوچكتر را نيز توليد نمايند. ليتوگرافي E - Beam (تشعشع الكتروني) ميتواند قطعات كوچكتر از 20 نانومتر را توليد كند معهذا ليتوگرافي E - Beam براي توليد با مقياس زياد مناسب نيست زيرا خيلي گران تمام مي شود. توليد تجهيزات ساخت قطعات كامپيوتري با استفاده از ليتوگرافي نوري چندين ميليون دلار هزينه داشته است. بالاخره روش بالا پايين براي توليد قطعات بسيار ريز نه تنها به نظر خيلي گران مي رسد بلكه از نظر فني نيز غيرممكن مي باشد. نصب و مونتاژ قطعات كامپيوتري و ساير اجسام ديگر كه با مقياس نانومتر ساخته شده اند بدليل اساسي غيرقابل كار مي باشند براي كوچك كردن يك جسم كه با طراحي ويژه اي در نظر گرفته شده ابزار و وسايلي كه بايد براي كار با آنها و توليد آن جسم بكار برده شوند بايد ابعاد و يا دقتي كوچكتر از قطعه اي كه بايد توليد شود, داشته باشند. بنابراين ابزار ماشيني بايد لبه برنده كوچكتر و ظريفتر از ريزترين جزئي باشد كه بايد كوچك شود بهمين ترتيب ماسك ليتوگرافي يا حكاكي كه بايد براي قلم زدن يا حكاكي و كندن نقاطي از صفحه سيليكوني بكار گرفته شود بايد داراي دقتي ظريفتر از ماده اي باشد كه بايد بريده و درآورده شود. در مقياس نانو كه در آن ماده اي كه بايد برداشته شود و يا درآورده شود ميتواند به اندازه يك اتم يا يك ملكول تنها, باشد و امكان چني شرايطي وجود ندارد.
ب ـ روش پايين ـ بالا : در نتيجه, دانشمندان براي ساخت و توليد قطعات و اجسام با مقياس نانو علاقه‌مند به روش كاملاً متفاوتي شده اند كه به روش پايين ـ بالا مشهور است. روش پايين ـ بالا شامل بكار بردن اتمها و ملكولها جهت ساخت قطعات بسيار ريز يا نانومتري است. در روش پايين ـ بالا از مسئله اجبار جهت ساخت با اندازه مقياس نانو و يا كوچكتر از آن خودداري مي شود و در عوض اجسام ريز نانومتري اتم به اتم و ملكول به ملكول رويهم سوار شده و از سطح اتم بطرف بالا پيش ميرود درست همان وضعي كه در طبيعت اتفاق مي افتد معهذا ساخت قطعات در اين مقياس نيز مشكلات وسايل خود را دارد. در مدرسه, بچه ها بعضي چيزها درباره اين مسائل ياد مي گيرند, وقتي كه حركت اتفاقي Brownian در ذرات معلق در مايعات مثلاً آب, مطالعه مي كنند. ذرات خودشان حركت نمي كنند و ملكولهاي آب كه اطراف ذرات را فرا گرفته اند بطور مداوم در حال حركت مي باشند و اين حركت موجب برخورد ملكولها به ذرات بطور اتفاقي مي شوند. اتم ها نيز چنين حركت تصادفي و اتفاقي را از خود نشان ميدهند كه ناشي از انرژي سينتيك (انرژي حركتي) آنها مي باشند. درجه حرارت و نيروئي كه اتمها را بهم متصل نموده است بنوبه خود در ميزان و درجه حركت اين اتمها نقش دارند. حتي در جامدات و در درجه حرارت اطاق, مثلاً صندلي كه ممكن است روي آن نشسته باشيد اتمها در اطراف در حال حركت مي باشند كه اين پديده را انتشار و پخش مي نامند. اين توانايي اتمها جهت حركت به اطراف وقتي اجسام از جامد به مايع و سپس به گاز تبديل مي شود افزايش مييابد. اگر قرار باشد مهندسين و دانشمندان اجسام را در مقياس اتمي با موفقيت ساخت و توليد نمايند بايد وسايل و روشهايي جهت غالب آمدن بر اين رفتار اتمها را در اختيار داشته باشند.
يك نمونه واضح از اين نوع مشكلات در سال 1990 پيش آمد كه متخصصين شركت IBM نوعي ميكروسكوپ (Scanning prabe) براي بهم سوار كردن اتمهاي گزنون بكار بردند تا حروف IBM را روي سطح نيكلي درآورند. براي جلوگيري از حركت اتمها از جاهاي تعيين شده, سطح نيكل را تا درجه حرارت نزديك به صفر سرد كرده و به پايين ترين درجه حرارت ممكنه رساندند و حرارت را بطور كامل از بين بردند (صفر مطلق تقريباً 16/273ـ درجه سانتيگراد يا 69/459ـ درجه فارنهايت مي باشد.) در اين درجه حرارت پايين, اتمها داراي انرژي جنبشي يا سينتيك خيلي كمي شده و بصورت منجمد در مي آيند. معهذا حصول به اين درجه حرارت, براي ساخت و توليد وسايل تجارتي غيرعملي و غيراقتصادي مي باشد ولي با وجود اين, توانايي دانشمندان در جهت كاربرد اتمها يكي از نخستين علائم و نشانه هاي عملي بودن روش پايين ـ بالا بشمار مي رفت و همچنين نشان داد كه پيدايش نانوتكنولوژي يك علم تجربي مي باشد.
4ـ ظهور و پيدايش نانوتكنولوژي: موضوع نانوتكنولوژي توسط فيزيكدان آمريكايي بنام Richard.P.Feynman مطرح گرديد. در يك گفتگو با انجمن فيزيك آمريكايي در دسامبر 1959, بعنوان «مقدار زياد جا در پايين است» و «يك دعوت براي ورود به رشته جديدي از فيزيك» آقاي Feynman نمونه ها و مثال هاي سودمندي از توليد ساختارهاي فوق العاده كوچك ارائه نمود. Feynman محاسبه نمود كه تمام جلدهاي دايره المعارف برتيانيكا را ميتوان در نوك يك سنجاق جا داد و برآورد نمود كه كليه دانش و اطلاعات چاپ شده توسط انسان را مي توان در نوك يك سنجاق جا داد و برآورد نمود كه كليه دانش و اطلاعات چاپ شده توسط انسان را ميتوان بحدي كوچك نمود كه در 35 صفحه با ابعاد معمولي جا  داده شوند.
اگرچه او اصطلاح نانوتكنولوژي را ابداع نكرد ولي قدرت رويايي و خيالي او موضوعات كليدي و اصلي نانوتكنولوژي امروزه را پيش بيني نمود. مثلاً اهميت ميكروسكوپ هاي پيشرفته و يا توسعه و گسترش روشهاي جديد ساخت و توليد. او بر اهميت تركيب دانش و ابزار و روشهاي مورد استفاده فيزيكدانان, شيميست ها و بيولوژيست ها تاكيد نمود. او به دنياي طبيعي بعنوان نمونه اي اشاره نمود كه چگونه مي توان كارها و اطلاعات فراوان و عظيمي را در يك حجم كوچك جا داد. براي مثال يك سلول تنها مي تواند حركت كرده و فرآيندهاي بيوشيميايي را انجام داده و در داخل ملكول DNA خود اطلاعات كاملي از طراحي و عمل ارگانيزم پيچيده اي وجود دارد كه خود بخشي از آن است. Faynman معتقد بود كه امكان ساخت و توليد اجسام با مقياس نانو در محدوده هاي قوانين فيزيكي امكان پذير مي باشد. او مخصوصاً امكان سوار كردن اتم با اتم يعني توليد يك ساختار (يك مولكول يا يك قطعه) از تك تك اتمها كه دقيقاً توسط نيروهاي شيميايي بهم متصل باشند, متذكر گرديد. اين امكان منجر به موضوع Universal assemblet گرديد كه يك وسيله ربات در ابعاد نانو مي باشد و مي‌توانست به طور اتوماتيك اتمها را جمع كرده و ملكولهايي با تركيبات شيميايي دلخواه را به وجود آورد. براي مثال چنين وسيله اي مي توانست اتمهاي كربن را بهم سوار و جمع كرده الماسهاي بزرگ و با قيمت ارزان تهيه نمود كه يك ماده صنعتي بالقوه مهم در صنعت بشمار مي رود و اكنون فقط در مقادير محدودي مصرف مي شود زيرا هزينه استخراج يا توليد مصنوعي آن خيلي بالا است چنين الماس هاي مصنوعي ميتوانند مصرف صنعتي و معدني بسياري داشته باشند زيرا آنها سبك و ارزان و در عوض خيلي سخت و محكم و از نظر الكتريكي عايق مي باشند ولي قابليت هدايت حرارتي بالايي دارند. ايده ربات با مقياس نانو براي ساخت و توليد در حال تحقيق توسط محققين مختلف مي باشد, اگرچه مباحثه زياد بر سر اين موضوع وجود دارد كه آيا چنين وسيله و دستگاهي واقعاً در درون قوانين شيمي, فيزيك و ترموديناميك امكان‌پذير است يا خير.
نانوتكنولوژي از اواخر سالهاي دهه 1970 شروع به پيشرفت و توسعه بعنوان يكي از اجزاء اصلي و كليدي تكنولوژي آينده نموده است. اصطلاح نانوتكنولوژي براي نخستين بار در سال 1974 توسط دانشمندان ژاپني  Nario Taniguchi در يك روزنامه بكار برده شد تحت عنوان «موضوع و مفهوم اصلي و پايه اي نانوتكنولوژي» سپس اين اصطلاح توسط يك مهندس آمريكائي بنام K.Eric Drexler در كتاب «ماشين هاي توليد» در سال 1986 بكار رفت كه تاثير بيشتري داشت و به سرعت بخشيدن به توسعه و پيشرفت اين رشته كمك نمود. در اين زمان پيشرفت عمده و بزرگي در صنعت حاصل شده بود از قبيل ساخت و توليد كريستال هايي با ذرات مقياس نانو از فلزات غيرفعال (غيرواكنش كننده) و در مبدل هاي كاتاليتكي مصرفي در اتومبيل ها مورد استفاده قرار گرفت. اين كاتاليست ها از نظر شيميايي اكسيدهاي نيتروژن سمي مورد احياء قرار ميدهد تا به نيتروژن تبديل كند و بطور همزمان منواكسيد كربن سمي را اكسيد نموده و به دي اكسيد كربن غيرسمي تبديل مي كند.
الف ـ ابزار نانوتكنولوژي: جامعه علمي كارهاي جدي خود را در زمينه نانو وقتي شروع كرد كه ابزار لازمه در اواخر دهه 1970 و اوايل دهه 1980 در دسترس قرار گرفت. ابتدا براي نمونه گيري و آزمايش و سپس براي كنترل و نظارت اجسام و سيستم ها در مقياس نانو. اين ابزار عبارتند از TEM (ميكروسكوپ الكتروني انتقال) و AFM (ميكروسكوپ نيروي اتمي) و STM (ميكروسكوپ اسكن و توتلينگ). بخش ميكروسكوپ را نيز ملاحظه فرمائيد.
الف/1 ـ ميكروسكوپ الكتروني انتقالي (TEM): اين ميكروسكوپ يك اشعه الكتروني با انرژي زياد بكار برده تا نمونه گيري از اجسام با ضخامت كمتر از 100 نانومتر انجام دهد. اشعه الكتروني روي شيئي كه بايد بزرگنمايي شود مستقيماًُ تنظيم و متمركز ميگردد. بعضي از الكترونها جذب ماده شده برخي از آنها دفع و دور شده و تعدادي نيز از جسم عبور كرده و تصوير بزرگ شده از ماده يا جسم را تشكيل مي دهند. يك صفحه فتوگرافيك و يك صفحه فلوئورسنت يا دوربين ديجيتالي كه در پشت جسم (ماده) قرار داده شده تصوير بزرگ شده را قبول و مثبت مي كند. يك TEM ميتواند شيئي را تا 30 ميليون برابر بزرگ نمايد در حاليكه برعكس يك ميكروسكوپ نوري معمولي فقط مي تواند تا 1000 برابر بزرگ كند. TEM براي عكس گرفتن از اشياء با ابعاد كوچكتر از 100 نانومتر مناسب ميباشند و اطلاعاتي را درباره اندازه و ابعاد ساختار نانو يعني جسم با مقياس نانومتر و تركيب آن و ساختمان كريستالي آن ارائه ميدهند. TEM يك دستگاه قدرتمند و متداول در جامعه علم نانو به شمار ميرود. اكثر تصاويري كه در نشريات علمي چاپ و منتشر مي شوند و در مقياس نانو هستند و در نيمه رساناها يا نيمه هادي ها يافت ميشوند با اين دستگاه (TEM) ضبط شده اند. TEM مي تواند به آساني تك تك اتمها را داخل كريستالهاي نيمه رساناها مشاهده نموده و تصوير بردارد.
الف/2 ـ (AFM) ـ ميكروسكوپ نيروي اتمي: اين ميكروسكوپ يك قطعه بسيار كوچك سيليكون را بكار ميبرد كه معمولاً قطر آن كمتر از 100 نانو مي باشد و بعنوان نمونه‌گير براي گرفتن تصوير از يك نمونه جسم عمل مينمايد. بتدريج كه نمونه گير سيليكون در طول سطح نمونه حركت مي كند. الكترونهاي موجود در نمونه گير را دفع مي نمايند. ميكروسكوپ AFM ارتفاع نمونه گير را طوري تنظيم مي كند كه نيروي نمونه ثابت بماند. يك مكانيزم تشخيص دهنده (سنسور) حركات بالا و پايين نمونه گير را ثبت كرده و اطلاعات را به كامپيوتر مي دهد كه تصوير سه بعدي از سطح نمونه بر ميدارد و بدين ترتيب توپوگرافي دقيق سطح نمونه را ميتوان با اطلاعات دقيق ارتفاع ثبت و ضبط نمود و تك تك اتمهاي موجود در سطح را ميتوان عكسبرداري نمود ولي قدرت تفكيك resolution در اين روش گاهي ضعيف است.                  
الف/3 ـ (STM) ـ ميكروسكوپ اسكنينگ توتلينگ: ميكروسكوپ STM يك پروب يا نمونه‌گير بسيار كوچك كه نوك آن باندازه اتم مي باشد براي اسكن كردن شيئي مورد استفاده قرار مي دهد. اين ميكروسكوپ از خواص موجي شكل الكترونها كه اصطلاحاً توتلينگ ناميده ميشود استفاده مي نمايد. توتلينگ به الكترونهايي كه از پروپ (نمونه‌گير) ميكروسكوپ خارج مي شوند امكان مي دهد كه بداخل سطح شيئي مورد آزمايش نفوذ نموده و اصطلاحاً «تونل» بزنند. سرعتي كه در آن الكترونها از پروب بداخل سطح شيئي مورد آزمابيش نفوذ مي كنند يا باصطلاح «تونل» ميزنند بستگي بفاصله بين پروپ و سطح شيئي دارد. اين الكترون هاي در حال حركت توليد جريان ضعيفي الكتريسيته مي كنند كه STM آنرا اندازه گيري مي نمايد. STM بطور ثابت و پيوسته ارتفاع پروب را تنظيم مي كند تا جريان را ثابت نگه دارد. با رديابي و دنبال كردن چگونگي تغيير ارتفاع پروب بتدريج كه روي سطح شيء حركت مي كند, دانشمندان مي توانند يك نقشه جامع و مفصل از سطح را بدست آورند و اين نقشه طوري مفصل و با جزئيات است كه تك تك اتمهاي روي سطح قابل رويت ميباشند.
ب ـ بكاربري اتمها: علاوه بر عكس برداري, STM و AFM براي ساخت و كاربري ساختارهاي با مقياس نانو نيز مفيد ميباشند. در اين رابطه, نوك هاي بازوئي شكل را ميتوان براي بكار بردن تك تك اتمها مورد استفاده قرار داد. براي مثال, دانشمندان شركت IBM نه تنها تك تك اتمها را روي سطح صاف حركت داده و رديف كرده اند بطوري كه اتمها علامت IBM را اسپل (هجي) نمودند بلكه همچنين از يك ميكروسكوپ STM براي قرار دادن 48 اتم آهن در يك ساختمان مدور استفاده نمودند كه در آنجا پديده جالب توجهي را ميتوان بصورت بصري (با چشم) مورد كنترل و بازرسي قرار داد. اين عمل بكاربري اتمها فقط در درجات حرارت خيلي پايين امكان پذير بود. اگر AFM و STM قادر بحركت دادن تك تك اتمها و ساختار نانو (ساختارهاي بسيار ريز) ميباشند, ولي اين فرايند بسيار آهسته و وقت گير است. دانشمندان اميدوارند اين روش را توسعه و پيشرفت بيشتري داده و براي اين منظور بجاي استفاده از فقط يك پروب, از يك مجموعه نوك پروب اسكن كننده استفاده نمايند. چنين مجموعه اي ميتواند به سرعت بخشيدن در به كاربري اتمها كمك كند. اگرچه آنها نيز نياز به ساخت ميكرو و نانو (بسيار ريز) دارند.
ج ـ سنتز يا توليد شيميايي ملكولهاي كربن و ساير پيشرفت ها: با پيشرفت هاي متعدد در سالهاي دهه 1980 و دهه 1990 علاقه زيادي به پتانسيل نانوتكنولوژي معطوف گشت. در سال 1985 در دانشگاه Rice در هيوستون تگزاس تحت رهبري و مديريت آقاي Richard E. Smalley كشف كردند كه ميتوانند ملكولهاي مدور (دايره اي شكل) كربن را كه شامل 60 اتم كربن باشد بسازند. دانشمندان نام اين ملكولهاي سنتتيك را Buckyballs يا Fullerenes گذاشتند زيرا شباهت به گنبدهاي متشكل از سطوح هندسي داشتند كه توسط آرشتيكت مشهور R.Buckminster Fuller طراحي شده اند. توانايي براي ساخت كربن سنتتيك بچندين علت هيجان انگيز بود. كربن جز  اصلي و حياتي تشكيل دهنده مواد در موجودات زنده را تشكيل ميدهد. اتمهاي كربن ضمناً با ساير اتمها به آساني تركيب شده و ميتوانند تركيبات بيشتري نسبت به عناصر ديگر را تشكيل دهند. اتمهاي كربن همچنين اتصالات قوي ايجاد مينمايند كه مي توانند به تشكيل مواد و اجسام قوي ولي نسبتاً سبك كمك نمايند. ولي خواص ويژه Buckyball سنتتيك حتي هيجان انگيزتر بود. كربن سنتتيك وقتي كه با ساير اجسام تركيب ميشود مي تواند به روشهاي متنوع عمل كند. آنها مي توانند هادي جريان الكتريسيته و عايق و نيمه رسانا و يا سوپرهادي باشند و امكان كاربرد و مصرف آنها گسترده و وسيع بنظر مي رسد.
سپس در سال 1991 فيزيكدان ژاپني Sumia Iijima يك گزارش منتشر نمود كه بطور گسترده اي مورد توجه قرار گرفت و در رابطه با كشف ساخت Buckyball بود. اين فيزيكدان هنگام بررسي و مطالعه Fullerenes گزارش داد كه نوعي شبيه يا كپي Fullerenes لوله اي شكل بنام لوله نانو Nanotube كربني پيدا كرده كه شكل بسيار نازك و فوق العاده سخت از كربن است كه بعنوان قويترين و سخت ترين ماده‌اي كه ميتواند ساخته شود معرفي گرديد در سال 1993 دو محقق كه بطور مستقل كار مي كردند     (Iijima  در ژاپن و فيزيكدان امريكايي Donald S.Bethune در مركز تحقيقات Almaden شركت IBM در كاليفرنيا) توليد يك لوله نانو (Nanotuhe) نمودند كه فقط باندازه يك اتم ضخامت داشت اين پيشرفت علائم و آثار بزرگ و عظيمي داشت. كاربرد و استفاده اين لوله نانو كه اصطلاح لوله هاي تك‌جداره با مقياس نانو خوانده مي شود در مدارهاي الكترونيكي ميتوانست منجر به قطعات كامپيوتري شود كه محتوي بيليون ها ترانزيستور باشد كه در مقايسه با ترانزيستورهاي 42 ميليوني كه روي قطعات كنوني نصب مي شوند بسيار زياد است و در نتيجه كامپيوترها ميتوانستند خيلي كوچكتر و با سرعت عمل بيشتر و قدرتمند تر ساخته شوند و اين موضوع يكي از انواع متعدد كاربرد و استفاده از اين پديده (لوله نانو) بود. توجه رو به افزايش جوامع علمي به مقياس نانو منجر باين مسئله شد كه دولت ايالات متحده آمريكا در سال 1999 تكنولوژي نانو را بعنوان يك موضوع تحقيقاتي از نظر ارجحيت برسميت شناخت. در سال 2000 پرزيدنت بيل كلينتون Bill Clinton شروع بكار موسسه نانوتكنولوژي ملي (NNI) با بودجه اي معادل 442 ميليون دلار را اعلام نمود. مدت كوتاهي پس از آن, كشورهاي صنعتي پيشرفته جهان از ايالات متحده آمريكا را پيروي كردند. در سال 2003 ايالات متحده آمريكا, اتحاديه اروپا و ژاپن داراي موسسات تحقيقاتي تكنولوژي نانو با بودجه اي در حد يك بيليون دلار در سال شدند تا پيشرفت و توسعه اين رشته را افزايش دهند. علاوه بر اين, ساير كشورها در سراسر جهان موسسات نانوتكنولوژي را با بودجه اي مجموعاً معادل پيمان سه كشور پيشگام تاسيس نمودند. در بودجه مصوبه سال 2003 كشور ايالات متحده آمريكا مبلغ 7/3 بيليون دلار براي تحقيقات در زمينه نانوتكنولوژي براي چهار سال آينده در نظر گرفته شد. علاوه بر حمايت دولت هاي فدرال, دولت هاي ايالتي نيز در زمينه نانوتكنولوژي فعال شدند. نمونه هايي در كشور ايالات متحده آمريكا شامل موسسه نانوتكنولوژي نيويورك, انستيتوي نانوسيستم در كاليفرنيا, و انستيتوي نانوتكنولوژي در پنسيلوانيا و موسسه نانوتكنولوژي تگزاس, و از نظر بين المللي نيز ميتوان موسسه NanoBioNet در ايالت Saarland در كشور آلمان نام برد تا سال 2003 محصولات تجارتي قابل اهميتي در زمينه نانوتكنولوژي توليد شده بود وسايل و قطعات كامپيوتري كه اصطلاحاً Read - Write head  مشهورند يعني مي توانند اطلاعات از هارد ديسك خوانده و يا روي ديسك بنويسند روي فيلم هاي چندلايه به ضخامت نانومتري ساخته شدند و اين فيلم ها حساسيت اين قطعات را افزايش دادند بطوريكه اطلاعات بسياري را ميتوان در سطح اين هاردديسك ها جمع آوري نمود. در نتيجه ظرفيت حافظه كامپيوترهاي مدرن شخصي بشدت افزايش يافت و هاردديسكهاي 60 گيگا بايتي نسبتاً ارزان در كامپيوترهايي كه از نظر قيمت رقابتي بودند در دسترس قرار گرفت. يكي ديگر از محصولات خط نانوتكنولوژي توليد ذرات با مقياس نانو از اكسيدهاي روي و تيتانيوم بود كه تشعشع ماوراء بنفش نور خورشيد كه مضر ميباشد و با چشم ديده نمي شود جذب مي نمايند. اين تكنولوژي به شركتهاي توليدكننده محصولات آرايشي كمك نمود تا در محصولات خود مواد حفاظتي پوستي بدون اينكه ظاهراً مشخص باشند, توليد كنند. كرم هاي پوستي كه معمولاً سفيد هستند بصورت شفاف يعني بي رنگ ساخته شدند زيرا ذرات با مقياس نانو بحدي ريز ميباشند كه نور را پخش و متفرق نمي كنند. تكنولوژي پوشش دادن يا آغشته كردن در مقياس نانو روي پوشاك موجب توليد مقاوم ترين لباسها در برابر لك و رنگ پس دادن گرديد. شناگران المپيك اكنون لباسهاي شنائي بكار ميبرند كه الياف پارچه آنها با مولكولهاي هيدروفوب (ضدآب) بهم يافته شده اند. اين لباسهاي شنا كه در مقياس نانو آغشته شده اند اصطكاك كمتري با آب ايجاد مينمايند و در نتيجه شناگران مي توانند سريع تر شنا كنند. در اوائل قرن بيست و يكم, شركت ها شروع به شناخت علم نانو و نانوتكنولوژي بعنوان رشته اي از توسعه و پيشرفت با توجه به تنوع مفاهيم و موضوعات و روشهاي مربوطه,. نمودند كه ميتواند بصورت وسيع و گسترده اي بر روي خطوط متعدد توليد محصولات, تاثير بگذارد. در شركت هاي عمده با تكنولوژي بالا متداول شد كه يك مديريت يا دانشمند و متخصص برجسته براي توسعه و پيشرفت نانوتكنولوژي منصوب و معين نمايد تا خط مشي ها و سياست ها و تحقيق در رابطه با توسعه و پيشرفت اين علم را پيگيري نمايد علاوه بر شركتهاي بزرگتر, اين رشته باعث گرديد كه شركت هاي كوچك نيز در اين زمينه فعاليت خود را آغاز كنند تا سال 2003 بسياري از اين شركت ها به توليد اجسام و مواد با مقياس نانو و ساخت محصولات ساده نانو و توليد ابزاري كه براي انجام تحقيق و ساخت و توليد در مقياس نانو بكار مي روند, مشغول بوده اند. در جامعه سرمايه‌گذاري بسياري از شركتها و موسسات سرمايه گذاري با جرات پيگيري نانوتكنولوژي را ادامه داده و نخستين اعتبارات جهت سرمايه گذاري منحصراً در شركت هاي نانوتكنولوژي تخصيص يافت.
 5ـ مشكلات مواجه با نانوتكنولوژي: يكي از مسائل عمده اي كه با نانوتكنولوژي روبرو مي باشد اين است كه چگونه يك ساختار نانو (قطعه با مقياس نانو) مورد نظر ساخته شود و سپس آنرا در داخل يك سيستم كاملاً عملي قرار دهند بطوريكه با چشم انساني قابل رويت باشد. اين موضوع مستلزم ساخت و توليد يك سطح مشترك بين ساختارهاي (قطعات) ساخته شده در مقياس نانو با ساختارها يا اجسام توليدي در مقياس ميكرومتري ميباشد. يك خط مشي عمومي و متداول عبارتست از استفاده از روش و فرايندي كه اصطلاحاً (top - down meets bottom - up) ناميده ميشود (بالا به پايين يا پايين به بالا بهم مي پيوندند يا برخورد ميكنند) اين روش عبارتست از ساخت ساختار با مقياس نانو با ابزاري كه در مقياس نانو كار ميكنند و سپس سازمان دادن اين ساختارها با روشهاي معين مونتاژ و سوار كردن و سپس ايجاد سطح مشترك با دنيايي كه در مقياس ميكرومتر ميباشد. با استفاده از فرايند ساخت نانو به روش بالا ـ پايين موانع فني بر سر راه اين هدف مقدس و نهايي نانوتكنولوژي وجود دارد. براي مثال روش پايين بالا عموماً كريستال هاي نانو را به ابعاد يك نانومتر توليد مي كند كه ابعادي خيلي كوچك براي روشهاي فعلي ساخت ساختارها يا اجسام با مقياس نانو ميباشد در نتيجه ايجاد سطح مشترك بين كريستال نانو با دنياي خارج از آن بشدت پيچيده و يك فرايند گران قيمت بشمار مي رود يك روش نوين بايد بوجود آيد كه بر اين موانع غلبه يافته و قبل از اينكه بسياري از اجسام و ساختارهاي نانو سينتيك بتوانند بصورت بخشي از جريان اصلي مصارف صنعتي در آيند اين مانع را از بين ببرند.
همچنين بتدريج كه اندازه اجسام نانو بطور روزافزوني نازك تر مي شود سطح جسم بشدت نسبت به حجم كلي جسم افزايش مي يابد و اين موضوع به سود كاربرد و مصارف سطح هاي بزرگ ميباشد ولي براي ساير مصارف اين موضوع كمتر مناسب است براي مثال وقتي كه لوله هاي نانوكربني بكار برده ميشوند داشتن يك سطح بزرگ مورد دلخواه و مناسب نيست زيرا در قطعات الكتريكي مثلاً يك ترانزيستور مصرف مي شوند. اين سطح بزرگ امكان اينكه لايه ها و قشرهاي ناخواسته اي از ملكولها روي آن بچسبند زياد مينمايد و عملكرد الكتريكي آن وسيله و يا قطعه اي را كه با لوله نانو ساخته شده ضعيف مي كند. دانشمندان اين موضوع را بعهده گرفته اند كه قابليت اطمينان بسياري از قطعات و وسايل الكترونيكي كه با ساختارهاي نانو توليد ميشوند افزايش دهند. يكي ديگر از موضوعات مهم مربوط باين واقعيت است كه خواص كريستالهاي نانو بشدت نسبت به ابعاد, تركيب و خواص سطحي آنها بستگي دارند و هرگونه تغيير جزئي منجر به پيدايش خواص فيزيكي شديداً متفاوت خواهد شد. جلوگيري از چنين تغييراتي مستلزم وقت بسيار بالا در توسعه و پيشرفت ساخت و سنتز ساختارهاي نانو ميباشد. فقط زماني ميتوان توليد و تكثير وسايل با ساختار نانو را در يك سطح پيشرفته و رضايت بخش انجام داد كه اين دقت حاصل شود. براي مثال اگرچه لوله هاي نانوكربني را ميتوان تبديل ترانزيستورهاي با كارائي بالا نمود معهذا يك مانع فني قابل توجهي در رابطه با تركيب و ساختمان آنها وجود دارد. لوله هاي نانوكربني در دو نوع ساخته مي شوند يكي متاليك و  ديگر نيمه رسانا. از نوع نيمه رسانا ترانزيستور خوبي ساخته ميشود معهذا وقتي كه اين لوله هاي نانو ساخته ميشوند مخلوطي از لوله هاي نانو فلزي و نيمه رسانا با هم درگير شده و لذا ترانزيستورهاي خوبي را بدست نمي‌دهند. دو راه براي حل اين مشكل وجود دارد. يكي پيدا كردن و تهيه روش دقيق سنتتيك فقط براي توليد لوله هاي نافذ نيمه رسانا و ديگري پيدا كردن روشي جهت جدا كردن دو نوع اين لوله ها از همديگر و اكنون در سراسر دنيا براي هر دو روش تحقيقات در حال انجام است.
6ـ تاثير آينده نانوتكنولوژي: انتظار ميرود كه نانوتكنولوژي تاثيرات متنوع و متعددي در زمينه هاي اقتصادي, اجتماعي, محيط زيستي و امنيت ملي در بر داشته باشد. در سال 2000 بنياد علمي ملي National Science Foundation شروع به كار با NNI يعني موسسه ملي نانوتكنولوژي نمود تا تاثيرات ممكنه نانوتكنولوژي را متذكر شده و پيشنهاد به حداقل رساندن هرگونه نتجيه غيرمطلوب ناشي از آن را ارائه نمايد. براي مثال, پيشرفتهاي نانوتكنولوژي ممكن است منجر به از بين رفتن بعضي مشاغل گردد. درست مثل توسعه و پيشرفت صنايع اتومبيل سازي كه بازار بسياري از محصولات مختلف كه حمل و نقل آنها توسط دست انجام مي گرفت از بين برد و منجر به از بين رفتن بسياري از مشاغل شد. محصولات دگرگون شده بر مبناي نانوتكنولوژي بطور اجتناب ناپذيري به نتيجه مشابهي منجر خواهد شد. كه در بعضي از صنايع معاصر رخ خواهد داد. يكي از مثالهايي كه براي مشاغل خطرآفرين مي باشد مشاغلي است كه تلويزيون هاي معمولي و متداول را مي سازند. نمايش با كريستال مايع (LCD) و تلويزيون هاي كاملاً مسطح و تلويزيونهايي كه بر مبناي نانوتكنولوژي ساخته مي شود احتمالاً مشاغل فعلي در اين رابطه را متروك خواهند نمود. اين انواع جديد تلويزيون همچنين نويد بالا بردن و بهبود شديد كيفيت تصوير را مي دهند. براي مثال در تلويزيونهاي field - emission  كه بر مبناي نانو تكنولوژي ساخته مي شوند هر پيكسل Pixel يعني عنصر تصوير از نوك هاي تيزي يا (نقاط ريز) تركيب شده است كه الكترون را با سرعت خيلي زياد از خود خارج نموده و در يك فاصله كوچك فسفري براي رنگ قرمز, سبز يا آبي مي فرستد.
پيكسل ها درخشان تر بوده و بر خلاف LCDها كه در نور خورشيد وضوح و روشنايي خود را از دست مي دهند. تلويزيون هاي field - emission  در نور شديد خورشيد وضوح و روشنايي خود را حفظ مي نمايند. اين تلويزيونها انرژي بسيار كمتري نسبت به تلويزيونهاي معمول و متداول مصرف مي كنند و مي توان آنها را خيلي نازك ساخت حتي كمتر از يك ميليمتر. اگرچه دستگاههاي تجارتي كه در عمل ساخته ميشوند كمي ضخامت و سنگيني بيشتري دارند كه در واقع به خاطر محكمي و پايداري ساختماني آن ميباشد. شركت سامسونگ ادعا مي كند كه نخستين مدل تجارتي بر مبناي لوله هاي نانو منتشر كننده را (Carbon nanotube emitters) در اوايل سال 2004 وارد بازار نمايد. يكي ديگر از مشاغلي كه بالقوه كم خواهد شد صندوق دارهاي سوپرماركتها مي باشند زيرا كامپيوترها قابل انعطاف با فيلم نازك كه در يك بسته بندي پلاستيكي محصولات قرار داده ميشوند در هر يك لحظه كنترل را انجام ميدهد و خروج مشتريان سريعاً انجام ميگردد و مشتريان سوپرماركتها ميتوانند به سادگي كارت خود را از يك درب خروجي بازرسي حركت داده (شبيه سيستم هاي امنيتي مغناطيسي در محل هاي خروج فروشگاهها), معهذا نانوتكنولوژي ميتواند مشاغل جديدي را ايجاد نمايد. تاثيرات اجتماعي ناشي از پيشرفت نانوتكنولوژي در مراقبت هاي بهداشتي متحده آمريكا بخاطر توسعه و پيشرفت نانوتكنولوژي وجود دارد تاثيرات قابل توجه و مهمي در زمينه تامين اجتماعي و برنامه هاي بازنشستگي دارد همانطور كه در زمينه‌هاي بيوتكنولوژي و ژنوميك (genomics) برخي مسيرهاي توسعه و پيشرفت در نانوتكنولوژي هم آثار و علائم اخلاقي مشابه خواهند داشت. اجسام و مواد مقياس نانو همچنان ميتوانند تاثير عكس و سوء بر محيط داشته باشند و مقررات و قوانين مناسبي بايد براي بحداقل رساندن تاثيرات مضر آنها برقرار و اجرا گردد. از آنجا كه اجسام و مواد مقياس نانو با چشم انسان غيرقابل رويت است احتياط هاي فوق العاده اي براي جلوگيري از رها شدن اين ذرات بداخل محيط بايد صورت گيرد.
بعضي از مطالعات و بررسي هاي مقدماتي اشاره به خواص سرطان زائي اينگونه مواد و اجسام مينمايند. اگرچه اين مطالعات بايد مورد تاييد قرار گيرند ولي بسياري از دانشمندان عقيده دارند كه بايد بعنوان احتياط روشها و اقداماتي براي جلوگيري از هرگونه خطر و ضرري كه اينگونه اجسام و مواد مقياس نانو ايجاد مينمايند صورت گيرد. معهذا اكثريت گسترده و عمده محصولات با مبناي نانوتكنولوژي محتوي مواد نانو متصل به ساير تركيبات و مواد مي باشند داراي مواد با اندازه نانو و شناور ـ آزاد هستند و بنابراين چنين خطراتي بوجود نمي آورند. در اين حال پيشرفتهاي نانوتكنولوژي سودمنديهاي محيطي بسياري نيز دارد از قبيل كاهش انتشار مواد آلوده كننده هوا و پاكيزه نمودن لكه ها و اثرات چربي. سطح بزرگ مواد و اجسام نانو يك ظرفيت قابل توجهي براي جذب مواد شيميايي به آنها داده است. قبلاً محققين در آزمايشگاهي بنام Pacific Northwestern National Laboratory در واشنگتن كه بخشي از وزارت نيروي ايالات متحده آمريكا ميباشد. يك ملاط (ماتريكس) متخلخل از سيليس با سطح فعال ويژه اي بكار برده اند تا فلزات جيوه و سرب را از منابع تامين كننده آب (منبع يا لوله) حذف كرده و از بين ببرند. بالاخره انتظار مي رود كه در امنيت ملي و كشوري كاربردهايي دارد كه نانوتكنولوژي ميتواند هم به پيشرفت نيروهاي مسلح كمك نمايد و هم امكان نظارت و كنترل براي صلح و تجهيزات بازرسي را تسهيل كند. تلاشها براي جلوگيري از تكثير و ازدياد سلاحهاي هسته اي و يا شناسايي وجود سلاح هاي بيولوژيكي و شيميايي بعنوان مثال مي توانند توسط ابزار و وسايل نانوتكنولوژي پيشرفت و بهبود حاصل نمايند.
7ـ تحقيقات نانوتكنولوژي: مراكز عمده و اصلي تحقيقات تكنولوژي و علم نانو در دانشگاهها و آزمايشگاههاي ملي سراسر جهان يافت ميشوند. بسياري از آنها تخصص شان در موضوعات ويژه اين رشته ميباشد. مراكز نانوالكترونيك و فتونيك يعني مطالعه خواص نور در انستيتوي نانوتكنولوژي Albany نيويورك و دانشگاه Cornell در Ithaca نيويورك و دانشگاه كاليفرنيا در لوس آنجلس (UCLA) و دانشگاه Columbia در شهر نيويورك وجود دارند علاوه بر اين دانشگاه Cornell ميزباني مركز نانوبيوتكنولوژي را نيز عهده دار ميباشد. دانشگاههايي كه در رابطه با مدل هاي مقياس نانو و طراحي مربوطه و ساخت و  مونتاژ فعاليت دارند شامل:

Northwestern University in Evanston, Illinois
Massachusetts Institute of  Technology (MIT) in Cambridge
University of  Pennsylvania in Philadelphia
Rice University in Houston
University of Michigan in Ann Arbor

مطالعه در زمينه مواد نانو در:
University of California, Berkeley
University of Illinois in Urbana - Champaign
 ساير دپارتمان هاي وابسته به دانشگاهها كه در زمينه نانوتكنولوژي فعاليت دارند شامل:
Purdue University, Westla fayetee, Indiana
University of South Carolina NanoCenter, Columbia