III İçindekiler Ön Söz Çeviri Editörlerinin Ön Sözü 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. Keşif, Buluş ve İnsanlığın İlerlemesinde Bilim 1 Teknolojinin Kökeni, İnsanlığın Hayatta Kalması için Gerekleri 1 Endüstriyel Devrim: Watt’ın Buhar Motoru, Termodinamik, Enerji Kaynakları 2 Zamanın Kısa Tarihi: Yön Bulma, Boylamlar ve Saatler 4 Bilgi Devrimi: Abaküsden Bilgisayar Yongaları ve Fiber Optiklere 5 Teknolojinin İvmelenerek Artması ve Çakışması: KKS, Nükleer Denizaltılar 6 Silikon ve Biyoteknolojiler: Karbon Miktarı Ölçümüyle Madde Yaşının Tespiti, Yapay Zekâ 7 Nanoteknoloji: Teknolojik Gelişmelerin Lideri, Geleceğe Köprü 13 Bu Kitap Nasıl Kullanılır? 15 Kaynakça 16 Küçük Olan Daha Çoktur, Genellikle Daha İyi ve Bazen de Tümüyle Yenidir! 17 Nanometreler, Mikrometreler, Milimetreler- Nanometrenin Görselleştirilmesi 18 Moore’un yasası: Bir Yonga Üzerindeki 30 Transistörden Milyon Transistöre ve Bulut Bilişim Hesaplaması 19 Minyatürleştirme: Esaki’nin Tünelleme Diyodu, 1-TB Manyetik Disk “Okuma” Başlığı 22 İvmeölçerler ve Yarı İletken Laserler 24 Nanofizik-temelli Teknoloji: Tıbbi görüntüleme, Atom saati, Algıçlar, Kuantum Bilgisayarlar 26 Kaynakça 27 IV İçindekiler 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. Birşeyleri Aşağı Yönde Ölçeklemenin Sistematiği: L=1m→1 nm 29 Bir boyutlu ve Üç Boyutlu Ölçekleme 29 Ölçekleme Örneği: Saatler, Ayar Çatalı, Kuvarz Saatler, Karbon Nanotüpler 31 Basit Devre Elemanlarında Gözlemlenen Ölçekleme İlişkileri 31 Sıvı Ortamındaki Küçük Parçacıklar için Vizkoz Kuvvetleri 37 Uçakların ve Kuşların Küçük Boyutlara Ölçeklemesi Nasıl Olur? 40 Kaynakça 40 Başarılı Nanoteknoloji Örneği: Biyoloji Büyük Hayvanlarda Moleküler Motorlar: Doğrusal Motorlar ve Dönel Motorlar 41 DNA-temelli Biyoloji ile Bilgi Teknolojisi 46 Algıçlar, Çubuklar, Koniler ve Nanoölçekli Mıknatıslar 52 İyon kanalları: Biyolojinin Nanotransistörleri 53 Kaynakça 53 Ölçeklendirmenin Sonu: Evrendeki Bütün Maddelerde Görülen Yumruluk Hali 55 10 μm Boyutundan Küçük Makroskopik Maddelerdeki Yumruluk 55 Bohr’un Hidrojen Atomu: Yeni Bir Boyut Ölçeği, Planck Sabiti 57 Sudaki Dalgalar, Işık, Elektron ve Bunların Kırınımları 60 Maddelerdeki deBroglie Dalga boyu 62 Schrödinger Denklemi 63 Ölçeklendirmenin Sonu, Evrenin Altyapısı 63 Bu Temel Parçacıklar ve Spini Doğrudan Temel Alan Teknolojiler Hangileridir? 64 Kaynakça 65 Makrodünya için Kuantum Sonuçları 67 Kuantum Kuyuları ve Duran Dalgalar 67 Olasılık Dağılımı ve Belirsizlik Prensibi 69 Moleküle Doğru İlk Adım Olarak Çift Kuyu 71 Küresel Atom 73 Çekirdek Nereden Geldi (Atomlar Hızlıca Etraflarında Meydana Geldi)? 75 “Güçlü Kuvvet” Çekirdek Bağı 75 Kimyasal Elementler: Nükleer Kararlılık Temelli 76 Molekül ve Kristaller: Serbest Elektron Kutuları Olarak Metaller Kaynakça 79 79 İçindekiler V 7. 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. Bazı Doğal ve Endüstriyel Kendiliğinden Oluşan Nanoyapılar Periyodik Yapılar: Elektron Bantları ve Aralıklar için Basit Bir Model 81 Tetrahedral Olarak Bağlanmış Yarı İletkenlerde Elektrik İletiminin Mühendisliği 83 Kuantum Noktalar 85 Karbon Nanotüpler 86 C60 Buckyball (C60 top) 91 Kaynakça 62 8. 8.1. 8.2. 8.3. Enjeksiyon Lazerler ve Milyar Transistörlü Yongalar İnternetteki Yarı İletken P-N Eklem Lazerler 93 P-N Eklem ve 1.24 μm’de Işığın Yayılımı 98 Alan Etkili Transistör 101 9. Taramalı Tünelleme Mikroskobu ve Taramalı Tünelleme Mikroskop Devrimi 105 Bir Prototip Olarak Taramalı Tünelleme Mikroskobu (TTM) Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) ve Magnetik Kuvvet Mikroskobu (MKM) 110 (TYOM): Taramalı Yakın-Alan Optik Mikroskobu 115 9.1. 9.2. 9.3. 10. 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 10.5. 10.6. 10.7. 10.8. 11. 11.1. 11.2. 11.3. 81 93 105 Magnetik Rezonans Görüntüleme (MRG) : ½ Spinin Nanofiziği 117 Suda Protonları Görüntüleme: ½ Spinli Proton, İki Seviyeli Sistem 117 Suyun Miligramında Manyetik Momentler: Kutuplanma ve Algılama 118 Larmor Devinimi, 1T’ da Seviye Yarılması 119 Manyetik Rezonans ve Rabi Frekansı 120 Proton Spinlerinde Fark Edilen Schrödinger’ in Kedisi 121 Manyetik Rezonans Görüntüleme için Algılama Düzeni Olarak Süperiletkenlik 122 Kapalı Süperiletken Döngülerde Kuantize Manyetik Akı 123 SKGA Manyetik Alan Büyüklüğünün Algıcı 124 Nanofizik ve Yüksek Yoğunluklu Veri Depolamanın Nanoteknolojisi 127 Terabayt Belleğe Yaklaşımlar: Mekanik ve Manyetik 127 Nanoelektromekaniksel “Kırkayak” Kol Sırası ve Fabrikasyonu Manyetik Sabit Disk 127 127 VI İçindekiler 12. 12.1. Tek- Elektron Transistörler ve Moleküler Elektronik “Moore’un Yasasının Bittiği Yerde” AET’in Yerini Olası Ne Alabilir? 139 Tek-Elektron Transistör (TET) 139 Karbon Nanotüpe Dayalı Oda Sıcaklığında Tek-Elektron Transistör 142 Rastgele Erişimli Depolama Temelli Karbon Nanotüp Çarpraz Sıraları 143 Moleküler Bilgisayar! 147 Kaynakça 149 139 13. 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 13.6. Kuantum Bilgisayarlar ve Süperiletken Bilgisayarlar Silikon Bilişimin Artan Enerji Maliyetleri 152 Kuantum Bilgi işlem 152 Yük Kübiti 154 Silikon-Temelli Kuantum-Bilgisayar Kübitleri 155 Adyabatik Kuantum Hesaplama 157 Geniş ölçekli Hesaplamada Yenilik İçin Bir Fırsat 161 Kaynakça 161 151 14. 14.1. 14.2. Geleceğe Bakış 163 Fikirler, İnsanlar ve Teknolojiler 163 Niçin Drexler’in Moleküler Birleştiricisi: Tek Zamanda Bir Atom, İşe Yaramayacak 166 İnsan-yapımı Hayat: Craig Venter ve Hamilton Smith Tarafından Bulunan Bakteri 169 171 Gelecek Enerji Kaynakları İnsan İletişiminde Üstel Büyüme 173 Nanoteknolojinin Rolü 175 Kaynakça 175 12.2. 12.3. 12.4. 12.5. 14.3. 14.4. 14.5. 14.6. Notlar Dizin 177 199