TEMAS DE FÍSICA

los estados de la materia se distinguen por cambios en las propiedades de la materia relacionados con factores externos, como la presión y la temperatura . Los estados generalmente se distinguen por una discontinuidad en una de esas propiedades: por ejemplo, elevar la temperatura del hielo produce una clara discontinuidad a 0 ° C a medida que la energía pasa a la transición de fase , en lugar de aumentar la temperatura. Los estados clásicos de la materia generalmente se resumen en: sólido , líquido , gas y plasma . En el siglo XX, una mayor comprensión de las propiedades más exóticas de la materia dio como resultado la identificación de muchos estados adicionales de la materia, ninguno de los cuales se observa encondiciones normales .

Estados de baja energía [ editar ]

Estados clásicos [ editar ]

• Sólido : Un sólido tiene una forma y un volumen definidos sin un contenedor. Las partículas se mantienen muy cerca unas de otras.
  • Sólido amorfo : un sólido en el que no hay un orden de rango lejano de las posiciones de los átomos.
  • Sólido cristalino : un sólido en el que los átomos, las moléculas o los iones se empaquetan en orden regular.
  • Cristal plástico : un sólido molecular con un orden posicional de largo alcance pero con moléculas constituyentes que conservan la libertad de rotación.
  • Cuasi-cristal : un sólido en el que las posiciones de los átomos tienen un orden de largo alcance, pero no están en un patrón de repetición.
• Líquido : Un fluido en su mayoría no compresible. Capaz de adaptarse a la forma de su recipiente pero conservando un volumen (casi) constante independiente de la presión.
  • Cristal líquido : propiedades intermedias entre líquidos y cristales. Generalmente, puede fluir como un líquido pero exhibe un orden de largo alcance.
  • Hiperuniformidad desordenada : un estado similar a un líquido y un cristal en propiedades. Como un cristal, sus partículas en grandes distancias exhiben una densidad uniforme y son incapaces de comprimir. Como un líquido, sus partículas a distancias más pequeñas muestran las mismas propiedades físicas en todas las direcciones.
• Gas : Un fluido compresible. Un gas no solo se adaptará a la forma de su recipiente, sino que también se expandirá para llenar el recipiente.
• Plasma : partículas con carga libre, generalmente en números iguales, como iones y electrones. A diferencia de los gases, los plasmas pueden autogenerar campos magnéticos y corrientes eléctricas, y responder con fuerza y ​​colectivamente a las fuerzas electromagnéticas.

Estados modernos [ editar ]

• Excitonio
• Materia degenerada : materia bajo presión muy alta, apoyada por el principio de exclusión de Pauli .
  • Materia degenerada en electrones : se encuentra dentro deestrellas enanas blancas . Los electrones permanecen unidos a los átomos, pero pueden transferirse a los átomos adyacentes.
  • Materia degenerada de neutrones : encontrada en estrellas de neutrones . La gran presión gravitacional comprime los átomos con tanta fuerza que los electrones se ven obligados a combinarse con los protones a través de la desintegración beta inversa, lo que resulta en una conglomeración de neutrones superdensa. (Normalmente, los neutrones libres fuera de un núcleo atómico se desintegrarán con una vida media de poco menos de 15 minutos, pero en una estrella de neutrones, como en el núcleo de un átomo, otros efectos estabilizan los neutrones).
  • Materia extraña : un tipo de materia de quark que puede existir dentro de algunas estrellas de neutrones cerca del límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (aproximadamente 2–3 masas solares ). Puede ser estable en estados de menor energía una vez formado.
• Materia fotónica : dentro de un medio no lineal cuántico, los fotones pueden comportarse como si tuvieran masa, y pueden interactuar entre sí, formando "moléculas" fotónicas.
• Quantum : un estado que da lugar a un voltaje Hall cuantificado medido en la dirección perpendicular al flujo de corriente.
  • Estado Hall Hall de giro cuántico : una fase teórica que puede allanar el camino para el desarrollo de dispositivos electrónicos que disipan menos energía y generan menos calor. Esta es una derivación del estado cuántico de Hall de la materia.
• Condensado de Bose-Einstein : una fase en la que una gran cantidad de bosones habitan en el mismoestado cuántico , convirtiéndose en una sola onda / partícula. Esta es una fase de baja energía que solo puede formarse en condiciones de laboratorio y en temperaturas muy frías. Debe estar cerca de cero Kelvin, o cero absoluto. Satyendra Bose y Albert Einstein predijeron la existencia de tal estado en la década de 1920, pero no fue observado hasta 1995 por Eric Cornell y Carl Wieman .
• Condensado fermiónico : similar al condensado Bose-Einstein, pero compuesto de fermiones , también conocido como condensado Fermi-Dirac. El principio de exclusión de Pauli evita que los fermiones entren en el mismo estado cuántico, pero un par de fermiones pueden comportarse como un bosón, y múltiples pares pueden ingresar al mismo estado cuántico sin restricción.
• Superconductividad : es un fenómeno de resistencia eléctrica nulay expulsión de campos magnéticos queocurren en ciertos materiales cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica característica. La superconductividad es el estado fundamental de muchos metales elementales.
• Superfluido : Una fase lograda por unos pocoslíquidos criogénicos a temperaturas extremas donde pueden fluir sin fricción . Un superfluido puede fluir hacia un lado de un recipiente abierto y hacia el exterior. Colocar un superfluido en un contenedor giratorio dará como resultado vórtices cuantificados .
• Supersólido : similar a un superfluido, un supersólido puede moverse sin fricción pero conserva una forma rígida.
• Líquido de espín cuántico : un estado desordenado en un sistema de espines cuánticos interactivos que conserva su desorden a temperaturas muy bajas, a diferencia de otros estados desordenados.
• Materiales de fermión pesados : los materiales de fermión pesados o los sistemas de Fermi fuertemente correlacionados forman un nuevo estado de materia que se define mediante transiciones de fase cuántica , y muestra uncomportamiento de escalado universalde suspropiedades termodinámicas , de transporte y derelajación . El líquido de espín cuántico , los cuasicristales , los líquidos 2D Fermi , los metales pesados ​​de fermión y los superconductores de fermión pesado pueden pertenecer al nuevo estado de la materia.
• Cadena de líquido : los átomos en este estado tienen una disposición aparentemente inestable, como un líquido, pero siguen siendo consistentes en el patrón general, como un sólido.
• Fluido supercrítico : a temperaturas y presiones suficientemente altas, la distinción entre líquido y gas desaparece.
• Dropleton : una cuasipartícula artificial, que constituye una colección de electrones y lugares sin ellos dentro de un semiconductor. Dropleton es la primera quasipartícula conocida que se comporta como un líquido.
• Jahn – Teller metal : un sólido que exhibe muchas de las características de un aislante, pero actúa como un conductor debido a una estructura cristalina distorsionada. (El experimento no fue reproducido y confirmado por otros científicos.)
• Cristales de tiempo : un estado de la materia donde un objeto puede tener movimiento incluso en su estado de energía más bajo.
• Poonón de Rydberg : un estado de la materia que solo puede existir a temperaturas extremadamente frías y consiste en átomos dentro de los átomos.

Estados de muy alta energía [ editar ]

• Plasma de quark-gluones : una fase en la que los quarks se vuelven libres y pueden moverse independientemente (en lugar de estar permanentemente unidos en partículas, o unidos entre sí en un bloqueo cuántico donde la fuerza ejercida agrega energía y finalmente se solidifica en otro quark) en un mar de gluones (partículas subatómicas que transmiten la fuerza fuerte que une a los quarks). Puede ser brevemente alcanzable en aceleradores de partículas .
• Durante 10 a ³⁶ segundos después del Big Bang , la densidad de energía del universo era tan alta que se cree que las cuatro fuerzas de la naturaleza ( fuerte , débil , electromagnética y gravitacional ) se unificaron en una sola fuerza. El estado de la materia en este tiempo es desconocido. A medida que el universo se expandía, la temperatura y la densidad disminuían y la fuerza gravitatoria se separaba, lo que es un proceso llamado ruptura de simetría .
• Por hasta ^10-12 segundos después del Big Bang , la mayoría de los científicos piensan que las fuerzas fuertes, débiles y electromagnéticas estaban unificadas. El estado de la materia en este tiempo es desconocido.

La nanotecnología (" nanotecnología ") es la manipulación de la materia en una escala atómica , molecular y supramolecular . La descripción más antigua y generalizada de la nanotecnología ^{[1] [2] se}refería al objetivo tecnológico particular de manipular con precisión los átomos y las moléculas para la fabricación de productos de macroescala, también conocida como nanotecnología molecular . La National Nanotechnology Initiative estableció posteriormente una descripción más generalizada de la nanotecnología , que define la nanotecnología como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de 1 a 100 nanómetros.. Esta definición refleja el hecho de que los efectos mecánicos cuánticos son importantes en esta escala de realismo cuántico , por lo que la definición pasó de un objetivo tecnológico particular a una categoría de investigación que incluye todos los tipos de investigación y tecnologías que se ocupan de las propiedades especiales de la materia que ocurren. por debajo del umbral de tamaño dado. Por lo tanto, es común ver la forma plural de "nanotecnologías" así como "tecnologías a nanoescala" para referirse a la amplia gama de investigaciones y aplicaciones cuyo rasgo común es el tamaño.

La nanotecnología, tal como se define por tamaño, es naturalmente muy amplia, e incluye campos de la ciencia tan diversos como la ciencia de la superficie , química orgánica , biología molecular , física de semiconductores , almacenamiento de energía , ^[3] [4]microfabricación , ^[5] ingeniería molecular , etc. ^{[6 ]} La investigación y las aplicaciones asociadas son igualmente diversas, desde extensiones de la física de dispositivos convencionales hasta enfoques completamente nuevos basados ​​en el autoensamblaje molecular , ^[7] desde el desarrollo de nuevos materiales.con dimensiones en la nanoescala para dirigir el control de la materia en la escala atómica .

Los científicos debaten actualmente las futuras implicaciones de la nanotecnología . La nanotecnología puede crear muchos nuevos materiales y dispositivos con una amplia gama de aplicaciones , como en nanomedicina , nanoelectrónica , producción de energía de biomateriales y productos de consumo. Por otro lado, la nanotecnología plantea muchos de los mismos problemas que cualquier nueva tecnología, incluidas las preocupaciones sobre la toxicidad y el impacto ambiental de los nanomateriales, ^[8] y sus posibles efectos en la economía global, así como la especulación sobre diversos escenarios del fin del mundo.. Estas preocupaciones han llevado a un debate entre los grupos de defensa y los gobiernos sobre si la regulación especial de la nanotecnología está justificada.

Orígenes

Artículo principal: Historia de la nanotecnología.

Los conceptos que sembraron la nanotecnología fueron discutidos por primera vez en 1959 por el renombrado físico Richard Feynman en su charla Hay mucho espacio en el fondo , en la que describió la posibilidad de síntesis a través de la manipulación directa de los átomos. El término "nanotecnología" fue utilizado por primera vez por Norio Taniguchi en 1974, aunque no fue ampliamente conocido.

Comparación de tamaños de nanomateriales

Inspirado por los conceptos de Feynman, K. Eric Drexler utilizó el término "nanotecnología" en su libro de 1986 " Motores de la creación: la era venidera de la nanotecnología" , que proponía la idea de un "ensamblador" a nanoescala que podría construir una copia de sí mismo y de otros elementos de complejidad arbitraria con control atómico. También en 1986, Drexler cofundó The Foresight Institute (al que ya no está afiliado) para ayudar a aumentar la conciencia pública y la comprensión de los conceptos e implicaciones de la nanotecnología.

Así, el surgimiento de la nanotecnología como campo en la década de 1980 se produjo a través de la convergencia del trabajo teórico y público de Drexler, que desarrolló y popularizó un marco conceptual para la nanotecnología y avances experimentales de gran visibilidad que atrajeron una atención adicional a gran escala hacia las perspectivas de control atómico. de importancia. Desde el aumento de popularidad en la década de 1980, la mayor parte de la nanotecnología ha involucrado la investigación de varios enfoques para hacer dispositivos mecánicos a partir de una pequeña cantidad de átomos. ^[9]

En la década de 1980, dos avances importantes provocaron el crecimiento de la nanotecnología en la era moderna. Primero, la invención del microscopio de exploración de túneles en 1981 que proporcionó una visualización sin precedentes de átomos individuales y enlaces, y se utilizó con éxito para manipular átomos individuales en 1989. Los desarrolladores del microscopio Gerd Binnig y Heinrich Rohrer en el Laboratorio de Investigación IBM Zurich recibieron un Premio Nobel en Física en 1986. ^[10] [11] Binnig, Quate y Gerber también inventaron el microscopio de fuerza atómica análogo ese año.

Buckminsterfullerene C ₆₀ , también conocido como buckyball , es un miembro representativo de las estructuras de carbonoconocidas como fullerenos . Los miembros de la familia fullerene son un importante tema de investigación que se encuentra bajo el paraguas de la nanotecnología.

Segundo, los fullerenos fueron descubiertos en 1985 por Harry Kroto , Richard Smalley y Robert Curl , quienes juntos ganaron el Premio Nobel de Química de1996 . ^[12] [13] C ₆₀ no se describió inicialmente como nanotecnología; el término se usó en relación con el trabajo posterior con tubos de grafeno relacionados (llamados nanotubos de carbono y algunas veces llamados tubos Bucky) que sugirieron aplicaciones potenciales para dispositivos y dispositivos electrónicos a nanoescala. El descubrimiento de los nanotubos de carbono se atribuye en gran medida a Sumio Iijima de NEC en 1991, ^[14]por el cual Iijima ganó el premio inaugural de Kavli 2008 en Nanociencia.

La base para la fabricación moderna de dispositivos semiconductores nanoelectrónicos es el FinFET ( transistor de efecto de campo de aleta ). ^[15] La tecnología fue iniciada por Digh Hisamoto y su equipo de investigadores en Hitachi Central Research Laboratory en 1989. ^[16] [17] A finales de la década de 1990, el equipo japonés de Hisamoto del Hitachi Central Research Laboratory comenzó a colaborar con un equipo internacional de investigadores. sobre el desarrollo adicional de la tecnología FinFET, incluidos los investigadores de TSMC Chenming Hu y UC Berkeley , entre ellos Tsu-Jae King LiuJeffrey Bokor, Xuejue Huang, Leland Chang, Nick Lindert, S. Ahmed, Yang-Kyu Choi, Leland Chang, Pushkar Ranade, Sriram Balasubramanian, A. Agarwal y M. Ameen. En 1998, el equipo fabricó con éxito dispositivos de hasta 17  nm . Más tarde desarrollaron un proceso FinFET de 15  nm en 2001, seguido de un proceso de 10  nm al año siguiente. ^[15]

A principios de la década de 2000, el campo obtuvo una mayor atención científica, política y comercial que llevó a la controversia y al progreso. Surgieron controversias sobre las definiciones y las posibles implicaciones de las nanotecnologías, ejemplificadas en el informe de la Royal Society sobre nanotecnología. ^[18] Se plantearon desafíos con respecto a la viabilidad de las aplicaciones previstas por los defensores de la nanotecnología molecular, que culminaron en un debate público entre Drexler y Smalley en 2001 y 2003. ^[19]

Mientras tanto, comenzó a emerger la comercialización de productos basados ​​en avances en tecnologías a nanoescala. Estos productos se limitan a las aplicaciones a granel de nanomateriales y no implican el control atómico de la materia. Algunos ejemplos incluyen la plataforma Silver Nano para usar nanopartículas de platacomo agente antibacteriano, protectores solares transparentes a base de nanopartículas , refuerzo de fibra de carbono usando nanopartículas de sílice y nanotubos de carbono para textiles resistentes a las manchas. ^[20] [21]

Los gobiernos se movieron para promover y financiar la investigación en nanotecnología, como en los EE. UU. Con la Iniciativa Nacional de Nanotecnología , que formalizó una definición de nanotecnología basada en el tamaño y estableció fondos para la investigación a nanoescala, y en Europa a través de los Programas Marco Europeos para la Investigación y Desarrollo Tecnológico .

A mediados de la década de 2000, comenzó a florecer una nueva y seria atención científica. Surgieron proyectos para producir mapas de ruta de nanotecnología ^[22] [23] que se centran en la manipulación atómica precisa de la materia y analizan las capacidades, objetivos y aplicaciones existentes y proyectadas.

Más de sesenta países crearon programas gubernamentales de investigación y desarrollo (I&D) en nanotecnología entre 2001 y 2004. Los fondos del gobierno fueron superados por el gasto corporativo en I + D en nanotecnología, y la mayor parte del financiamiento provino de empresas con sede en Estados Unidos, Japón y Alemania. Las cinco principales organizaciones que presentaron la mayor cantidad de patentes intelectuales en I + D sobre nanotecnología entre 1970 y 2011 fueron Samsung Electronics (2,578 primeras patentes), Nippon Steel (1,490 primeras patentes), IBM (1,360 primeras patentes), Toshiba (1,298 primeras patentes) y Canon.(1.162 primeras patentes). Las principales cinco organizaciones que publicaron la mayoría de los artículos científicos sobre investigación en nanotecnología entre 1970 y 2012 fueron la Academia China de Ciencias , la Academia Rusa de Ciencias , el Centro Nacional de Investigación Científica , la Universidad de Tokio y la Universidad de Osaka . ^[24]

Conceptos fundamentales

La nanotecnología es la ingeniería de sistemas funcionales a escala molecular. Esto cubre tanto el trabajo actual como los conceptos que son más avanzados. En su sentido original, la nanotecnología se refiere a la capacidad proyectada para construir elementos de abajo hacia arriba, utilizando técnicas y herramientas que se desarrollan hoy para crear productos completos y de alto rendimiento.

Un nanómetro (nm) es una mil millonésima parte, o 10 ⁻⁹ , de un metro. En comparación, las longitudes típicas de los enlaces carbono-carbono , o el espaciado entre estos átomos en una molécula , están en el rango de 0,12 a 0,15 nm , y una doble hélice de ADN tiene un diámetro de alrededor de 2 nm. Por otro lado, las formas de vida celulares más pequeñas , las bacterias del género Mycoplasma , tienen una longitud de alrededor de 200 nm. Por convención, la nanotecnología se toma como el rango de escala de 1 a 100 nmsiguiendo la definición utilizada por la Iniciativa Nacional de Nanotecnología en los Estados Unidos. El límite inferior está establecido por el tamaño de los átomos (el hidrógeno tiene los átomos más pequeños, que tienen aproximadamente un cuarto de un diámetro cinético nm ), ya que la nanotecnología debe construir sus dispositivos a partir de átomos y moléculas. El límite superior es más o menos arbitrario, pero es aproximadamente del tamaño por debajo del cual los fenómenos no observados en estructuras más grandes comienzan a ser evidentes y pueden utilizarse en el nano dispositivo. ^[25] Estos nuevos fenómenos diferencian a la nanotecnología de los dispositivos que son simplemente versiones miniaturizadas de un dispositivo macroscópico equivalente ; tales dispositivos están en una escala más grande y están bajo la descripción de la microtecnología . ^[26]

Para poner esa escala en otro contexto, el tamaño comparativo de un nanómetro a un metro es el mismo que el de una canica al tamaño de la tierra. ^[27] O otra forma de expresarlo: un nanómetro es la cantidad que crece la barba de un hombre promedio en el tiempo que le toma levantar la navaja de afeitar a la cara. ^[27]

Dos enfoques principales se utilizan en la nanotecnología. En el enfoque "de abajo hacia arriba", los materiales y dispositivos se construyen a partir de componentes moleculares que se ensamblan químicamente por principios de reconocimiento molecular . ^[28] En el enfoque "de arriba a abajo", los nanoobjetos se construyen a partir de entidades más grandes sin control a nivel atómico. ^[29]

Las áreas de la física como la nanoelectrónica , la nanomecánica , la nanofotónica y la nanoiónica han evolucionado durante las últimas décadas para proporcionar una base científica básica de la nanotecnología.

De mayor a menor: una perspectiva de los materiales

Imagen de la reconstrucción en una superficie limpia de oro ( 100 ), como se visualiza mediante microscopía de túnel de exploración . Las posiciones de los átomos individuales que componen la superficie son visibles.

Artículo principal: nanomateriales

Varios fenómenos se hacen más pronunciados a medida que disminuye el tamaño del sistema. Estos incluyen efectos mecánicos estadísticos , así como efectos mecánicos cuánticos , por ejemplo el " efecto detamaño cuántico " en el que las propiedades electrónicas de los sólidos se alteran con grandes reducciones en el tamaño de las partículas. Este efecto no entra en juego al pasar de macro a micro dimensiones. Sin embargo, los efectos cuánticos pueden llegar a ser significativos cuando se alcanza el rango de tamaño nanométrico, por lo general a distancias de 100 nanómetros o menos, el llamado reino cuántico. Además, una serie de propiedades físicas (mecánicas, eléctricas, ópticas, etc.) cambian en comparación con los sistemas macroscópicos. Un ejemplo es el aumento en la relación de área de superficie a volumen que altera las propiedades mecánicas, térmicas y catalíticas de los materiales. La difusión y las reacciones a nanoescala, los materiales de nanoestructuras y los nanodispositivos con transporte rápido de iones se refieren generalmente a nanoiónicos. Las propiedades mecánicas de los nanosistemas son de interés en la investigación nanomecánica. La actividad catalítica de los nanomateriales también abre riesgos potenciales en su interacción con los biomateriales .

Los materiales reducidos a nanoescala pueden mostrar diferentes propiedades en comparación con lo que exhiben en una macroescala, lo que permite aplicaciones únicas. Por ejemplo, las sustancias opacas pueden volverse transparentes (cobre); Los materiales estables pueden volverse combustibles (aluminio); Los materiales insolubles pueden volverse solubles (oro). Un material como el oro, que es químicamente inerte a escalas normales, puede servir como un potente catalizador químico a nanoescala. Gran parte de la fascinación por la nanotecnología proviene de estos fenómenos cuánticos y superficiales que la materia exhibe en la nanoescala. ^[30]

Simple a complejo: una perspectiva molecular

Artículo principal: auto-ensamblaje molecular.

La química sintética moderna ha llegado al punto en el que es posible preparar pequeñas moléculas para casi cualquier estructura. Estos métodos se utilizan hoy en día para fabricar una amplia variedad de productos químicos útiles, como productos farmacéuticos o polímeros comerciales . Esta capacidad plantea la cuestión de extender este tipo de control al siguiente nivel más grande, buscando métodos para ensamblar estas moléculas individuales en ensamblajes supramoleculares que consisten en muchas moléculas dispuestas de una manera bien definida.

Estos enfoques utilizan los conceptos de autoensamblaje molecular y / o química supramolecular para acomodarse automáticamente en alguna conformación útil a través de un enfoque de abajo hacia arriba . El concepto de reconocimiento molecular es especialmente importante: las moléculas pueden diseñarse de modo que se favorezca una configuración o disposición específica debido a fuerzas intermoleculares no covalentes . Las reglas de pareado de Watson-Crick son un resultado directo de esto, al igual que la especificidad de una enzima que se dirige a un solo sustrato , o el plegamiento específico de la proteína.sí mismo. Por lo tanto, dos o más componentes pueden diseñarse para ser complementarios y mutuamente atractivos, de modo que formen un todo más complejo y útil.

Dichos enfoques de abajo hacia arriba deberían ser capaces de producir dispositivos en paralelo y ser mucho más económicos que los métodos de arriba hacia abajo, pero podrían verse superados a medida que aumenta el tamaño y la complejidad del ensamblaje deseado. Las estructuras más útiles requieren arreglos de átomos complejos y termodinámicamente improbables. Sin embargo, hay muchos ejemplos de autoensamblaje basado en el reconocimiento molecular en biología , en particular, las interacciones de base de Watson-Crick e interacciones enzima-sustrato. El desafío para la nanotecnología es si estos principios pueden usarse para diseñar nuevas construcciones además de las naturales.

La nanotecnología molecular: una visión a largo plazo

Artículo principal: Nanotecnología molecular.

La nanotecnología molecular, a veces llamada fabricación molecular, describe nanosistemas diseñados (máquinas a nanoescala) que operan a escala molecular. La nanotecnología molecular está especialmente asociada con el ensamblador molecular , una máquina que puede producir una estructura o dispositivo átomo a átomo deseado utilizando los principios de la mecanosíntesis . La fabricación en el contexto de nanosistemas productivos no está relacionada con, y debe distinguirse claramente de, las tecnologías convencionales utilizadas para fabricar nanomateriales, tales como nanotubos de carbono y nanopartículas.

Cuando el término "nanotecnología" fue acuñado y popularizado de manera independiente por Eric Drexler(quien en ese momento no estaba al tanto de un uso anterior de Norio Taniguchi) se refirió a una tecnología de fabricación futura basada en sistemas de máquinas moleculares . La premisa era que las analogías biológicas a escala molecular de los componentes de máquinas tradicionales demostraron que las máquinas moleculares eran posibles: por los innumerables ejemplos encontrados en biología, se sabe que pueden producirse máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente optimizadas .

Se espera que los desarrollos en nanotecnología hagan posible su construcción por otros medios, quizás utilizando principios biomiméticos . Sin embargo, Drexler y otros investigadores ^[31] han propuesto que la nanotecnología avanzada, aunque quizás implementada inicialmente por medios biomiméticos, en última instancia, podría basarse en principios de ingeniería mecánica, es decir, una tecnología de fabricación basada en la funcionalidad mecánica de estos componentes (como los engranajes). Rodamientos, motores y elementos estructurales) que permitirían el ensamblaje posicional y programable según la especificación atómica. ^[32] El rendimiento en física e ingeniería de los diseños ejemplares se analizó en el libro Nanosystems de Drexler .

En general, es muy difícil ensamblar dispositivos en la escala atómica, ya que uno tiene que colocar los átomos en otros átomos de tamaño y adherencia comparables. Otro punto de vista, presentado por Carlo Montemagno , ^[33] es que los nanosistemas futuros serán híbridos de tecnología de silicio y máquinas biológicas moleculares. Richard Smalley argumentó que la mecanosíntesis es imposible debido a las dificultades en la manipulación mecánica de moléculas individuales.

Esto llevó a un intercambio de cartas en la publicación ACS Chemical & Engineering News en 2003. ^[34] Aunque la biología demuestra claramente que los sistemas de máquinas moleculares son posibles, las máquinas moleculares no biológicas están actualmente en su infancia. Los líderes en investigación sobre máquinas moleculares no biológicas son el Dr. Alex Zettl y sus colegas en los Laboratorios Lawrence Berkeley y UC Berkeley. [1] Han construido al menos tres dispositivos moleculares distintos cuyo movimiento se controla desde el escritorio con un voltaje cambiante: un nanomotor de nanotubos , un actuador molecular ^[35] y un oscilador de relajación nanoelectromecánico. ^[36] Vernanotubos nanomotores para más ejemplos.

Ho y Lee realizaron en la Universidad de Cornell en 1999 un experimento que indica que es posible un ensamblaje molecular posicional . Utilizaron un microscopio de exploración de túneles para mover una molécula de monóxido de carbono (CO) individual a un átomo de hierro (Fe) individual sentado sobre una plata plana. Cristal, y unió químicamente el CO al Fe mediante la aplicación de un voltaje.