<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/324" type="text/javascript"></script>

ไขปริศนา นาโนเทคโนโลยี บทความนี้เปรียบเหมือนคัมภีร์ฉบับสมบูรณ์ ไขทุกปริศนานาโนเทคโนโลยี ที่วิชาการ.คอม อยากแนะนำให้อ่าน - ทำไมสมบัติต่างๆของวัสดุที่เราคุ้นเคย เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงเมื่อวัสดุเป็นระดับนาโน ? รวมทั้งอะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฎการณ์อันแปลกประหลาดต่างๆ ผู้เขียน: ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา ชมแล้ว: 129,886 ครั้ง post ครั้งแรก: Fri 14 April 2006, 10:27 am ปรับปรุงล่าสุด: Fri 14 April 2006, 10:27 am อยู่ในส่วน: เทคโนโลยี, นาโนเทคโนโลยี

เจ้าของงานเขียน แ้ก้ไขหน้านี้ ได้ที่นี่

ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา

ฝ่ายถ่ายทอดเทคโนโลยีและวิชาการ

ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม

อิเล็กตรอนทันเนลลิ่ง (Electron tunneling)

เป็นกลศาสตร์ควอนตัม ที่เป็นผลมาจากคุณสมบัติ ในการเป็นคลื่นของอิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอน สามารถเคลื่อนที่ ข้ามหรือทะลุผ่านสิ่งกีดขวาง ที่โดยปกติแล้วอิเล็กตรอน ไม่สามารถข้ามผ่านไปได้  ปรากฏการณ์นี้ จะเกิดขึ้น เมื่อคลื่นของอิเล็กตรอน เคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง โดยที่ความหนาของสิ่งกีดขวางนั้น มีความบางมาก จนคลื่นของอิเล็กตรอนบางส่วน สามารถลอดผ่าน ออกไปยังอีกฝั่งหนึ่งของสิ่งกีดขวางได้

ภาพนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่ออิเล็กตรอน (ในกรณีที่พฤติกรรมเป็นคลื่น) กระทบกับผนังกั้น หรือกำแพงศักย์ คลื่นอิเล็กตรอน จะไม่หยุดการเคลื่อนลงอย่างสิ้นเชิง แต่จะมีช่วงคลื่นลดลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลภายในผนังกั้น ซึ่งถ้าผนังมีความหนามาก ก็จะสามารถกั้นไม่ให้อิเล็กตรอนข้ามผ่านไปอีกฝั่งหนึ่งได้  แต่ในกรณีที่ผนังกั้นมีความบางมาก เช่น หนึ่งนาโนเมตร จะพบว่าบางส่วน ของคลื่นอิเล็กตรอน จะสามารถเล็ดลอด หรือเกิดการทัลเนลลิ่ง ผ่านมาอีกฝั่งหนึ่งของผนังกั้นได้ ปรากฏการณ์นี้ ทำให้ดูเหมือนกับว่า สามารถพบอิเล็กตรอนอยู่นอกผนังได้

ซึ่งขัดแย้งกับกลศาสตร์แบบดั้งเดิม ที่พบว่าอิเล็กตรอน ที่ไม่มีพลังงานมากพอนั้น จะไม่สามารถทะลุผ่านผนัง หรือกำแพงศักย์ ออกไปอีกฝั่งหนึ่งได้  นอกจากนี้ โอกาสในการเกิดการทะลุลอดกำแพง หรือทัลเนลลิ่งนั้น จะขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค โดยอนุภาคที่มีมวลน้อย จะสามารถเกิดทัลเนลลิ่งได้ดีกว่า อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยมาก จึงสามารถเกิดทันเนลลิ่งได้



ตัวอย่างจากการนำปรากฎการณ์ทัลเนลลิ่ง ไปใช้ประโยชน์ ที่เห็นได้ชัด ตัวอย่างหนึ่ง ก็คือ การประดิษฐ์กล้องสแกนนิ่งทัลเนลลิ่งไมโครสโคป หรือ เอสทีเอ็ม (Scanning tunneling microscope, STM) ที่สามารถใช้ถ่ายภาพอะตอมได้ โดยการถ่ายภาพอะตอม ของวัตถุด้วยกล้อง STM อาศัยกระแสไฟฟ้าที่ผ่านทะลุ (tunneling current) ระหว่างหัวเข็มโลหะ และผิวหน้าตัวอย่าง ที่วางบนชิ้นส่วนของกล้อง ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ เมื่อหัวเข็มเคลื่อนที่เข้าใกล้ผิวหน้าตัวอย่างมาก (ประมาณ 1 นาโนเมตร) ก็จะทำให้ มีกระแสไฟไหลได้ ทั้งที่ยังไม่มีการสัมผัสกัน จากนั้นจะอาศัยกระแสไฟฟ้านี้ ในการสร้างภาพสามมิติ โดยการรักษาระยะห่าง ระหว่างหัวเข็มและผิวหน้าของตัวอย่างไว้ ให้คงที่ ในระหว่างที่มีกำลังสแกนผิวหน้าตัวอย่างอยู่ โดยที่หัวเข็ม จะเคลื่อนที่ขึ้นลง ไปตามความสูงต่ำของพื้นผิว และจะสแกนไปทีละแถวจนเต็มพื้นที่

รูปแสดงการทำงานของกล้อง STM ที่อาศัยการวัดปริมาณกระแสไฟฟ้า

ที่เกิดขึ้นจากการทะลุผ่านของอิเล็กตรอนระหว่างหัวเข็มกับพื้นผิวตัวอย่าง

กล้อง STM ไม่เพียงแต่ใช้ ในการควบคุมตำแหน่งของแต่ละอะตอมเท่านั้น แต่ยังสามารถ ใช้ควบคุมสภาพอิเล็กโทรนิกส์ได้อีกด้วย ยกตัวอย่างเช่น การจัดเรียงอะตอมเหล็ก 48 อะตอม เป็นรูปวงรี บนผิวชั้นอะตอมของทองแดง เพื่อใช้เป็นคอก กั้นอิเล็กตรอนผิวหน้า และบังคับให้อิเล็กตรอนเหล่านั้น จัดตัวอยู่ใน สถานะควอนตัม (quantum state) ภายในวงรี โดยระลอกคลื่น ที่เกิดขึ้นภายในวงรีของอะตอมเหล็ก ก็คือการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ในบางสถานะควอนตัมที่เกิดขึ้น ภายในวงรี โดยที่นักวิทยาศาสตร์ สามารถทำนายปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายในวงรีนี้ได้ โดยอาศัยการคำนวณแบบ “อนุภาคอยู่ในกล่อง (particle in-the-box)”

รูปคอกควอนตัม (quantum corral) ที่ถูกสร้างขึ้นด้วยกล้อง STM

แสดงให้เห็นลักษณะของคลื่นอิเล็กตรอนบนชั้นอะตอมของทองแดง

นอกจากนี้กล้อง STM ยังสามารถใช้ ในการพิสูจน์แนวคิด หรือสมมุติฐานต่างๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางควอนตัม ได้เป็นอย่างดี เช่นการตรวจสอบปรากฏการณ์คอนโด้ (Kondo effect) โดยการใช้หัวเข็มของกล้อง STM วางอะตอมโคบอลต์ (โคบอลต์เป็นอะตอมที่มีสมบัติแม่เหล็ก) หนึ่งอะตอม ลงบนบริเวณฝั่งหนึ่งของคอกควอนตัม จะทำให้คลื่นอิเล็กตรอน บนพื้นผิวทองแดง เกิดการเปลี่ยนแปลง และทำให้อิเล็กตรอนมากระจุกตัวกัน บริเวณอีกฝั่งหนึ่งของคอกควอนตัม จนดูเหมือนว่ามีอะตอมโคบอลต์อีกอะตอมวางอยู่ ทั้งๆที่ ในความเป็นจริงแล้ว ไม่มีอะตอมโคบอลต์ อยู่ในบริเวณนั้นแต่อย่างใด

ภาพถ่ายจากกล้อง STM แสดงภาพควอนตัมมิราจ (quantum mirage)

หรือภาพลวงตาที่เกิดจากปรากฏการณ์คอนโด้ โดยการใช้กล้อง STM

วางอะตอมโคบอลต์ลงไปบริเวณฝั่งหนึ่ง ของคอกควอนตัมที่เกิดจากการวางอะตอมโคบอลต์ 36

อะตอมเป็นรูปวงรีบนชั้นอะตอมทองแดง โดยที่บริเวณที่เป็นนูนสูงขึ้นมา คือบริเวณที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากกว่าบริเวณที่เป็นที่ราบ

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 4 มี.ค. 2549 (15:47)
ไม่ค่อยเข้าใจเรยอ่ะ

eika
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 9 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 151 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 7 6 มี.ค. 2549 (00:02)
นาสนจัยมากเลยนะคับ เมื่อไหร่ประเทศไทยจาให้ความสำคัญกับการค้นคว้า ทดลองกันจิงๆ จังๆ ซะทีเนี่ย ยังงี้แหละถึงไม่เจริญกันซะที เฮ้อ คิดแล้วกลุ้ม ยังงี้แหละคนเก่งๆ หลายคนถึงไปเรียนหมอกันหมด ไม่มาเปนนักวิจัย
ประเทศที่เค้าเจริญ เค้าใช้งบประมาณศึกษาทางนาโนเทคมากกว่าประเทศไทยหลายเท่าเลย แล้วยังงี้มานจาไหวเหรอคับจ้าวนายยยยยยยยย
มีครายมีข้อมูลเกี่ยวกะวิดวะนาโนมะคับ ผมสนจัยอยู่ กะจาสมัครไม่รุจาติดป่าว แล้วก้อไม่รุจาเรียนป่าวด้วย อนาคตมันจะดีมั้ยอ่ะคับ หมายถึงอนาคตในไทยด้วยอ่ะคับ(ตอนนี้ผมติดหมอ มช. แล้วอ่ะ)

Artemis
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 358 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 151 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 8 7 มี.ค. 2549 (18:50)
อ่า เรื่อง อิเล็กตรอนทันเนลลิ่งอ่ะครับ
คือผมสงสัยอย่างนึง
ถ้า อิเล็กตรอนที่เป็นคลื่นเนี่ย
ต้องมีความถี่คงที่ค่านึงใช่ไหมครับ
ทีนี้
พอมันผ่านผนังไปเนี่ย
ความถี่มานต้องเปลี่ยนแปลง
แล้วพลังงานมันก็จะเปลี่ยนไปด้วยใช่ไหมครับ
ถ้าพลังงานเปลี่ยนไปเนี่ย จะมีผลถึงมวลของมันไหมครับ

- -" ถามเอง งงเอง

neverheal
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 496 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 213 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 9 8 มี.ค. 2549 (13:45)
เมื่อวานไปซื้อหนังสือเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีมาอ่ะค่ะ อ่านดูแล้วก้องงๆไอ้เรื่องเทคนิคการจัดวางอะตอมในของเหลวน่ะค่ะ ที่เค้าบอกว่าต้องควบคุมให้มีโมเลกุลเพียงชั้นเดียวเท่านั้นที่กระจายอยู่ที่ผิวน้ำและเมื่อยกฐานรองขึ้นจากน้ำจะต้องมีกลไกควบคุมการกวาดชั้นโมเลกุลบนผิวน้ำเพื่อให้ติดกับแผ่นฐานรองในอัตราที่พอเหมาะกับการยกแผ่นฐานรอง ตรงนี้มันหมายความว่าไงเหรอคะ ใครมีความรู้เรื่องนี้ช่วยตอบหน่อยนะคะ สงสัยอย่างแรง

pro_mm
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 87 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 10 10 มี.ค. 2549 (22:59)
สุดยอดไปเลย จะรออ่านบทความต่อไปและขออนุญาต Print เก็บไว้ศึกษาครับ

ครู...ชิต
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 2371 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 244 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 11 14 มี.ค. 2549 (11:21)
ที่จริงก็ติดตามข่าวนาโนมานานแล้วก็ยังไม่บรรลุเท่าไหร่ เพราะเราสมองเล็ก แต่ก็จะพยายามติดตามต่อไปค่ะ ยกย่องคนที่ค้นพบและศึกษานาโนเทคโนโลยีทุกคน ...

แป๋มคุง 100
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 81 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 12 16 มี.ค. 2549 (00:53)
Think!!
Consider a hypothetical semiconductor with bandgab 1 eV ,with relative electron mass 0.05,and relative hole mass 0.5. In a cube-shaped quantum dot of this material with L = 3 nm, find the energy of transition of electron from the (211) electron state to the (111) hole state. (This transition energy must include the bandgab energy, and the additional energy is referred to as the “blue shift” of the fluorescent emission by the“quantum size effect”.) Note that the “blue shift” can be turned by adjusting the particle size, L.



Why cannot a filled band provide electrical conductivity?
Why can effective mass in a solid differ from the mass of electron in vacuum?
Why does a hole have a charge of +e,and a mass equal to the mass of the valence band electron that moves into the vacant site?

%-)
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 115 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 13 19 มี.ค. 2549 (17:26)
คือผมมีเรื่องไม่เข้าใจน่ะครับคุณ %-) (เอ่อ เรียกยากแฮะ :-) )

คือผมอ่านความเห็นของคุณแล้วยังไม่เข้าใจที่คุณบอกตรงย่อหน้าแรกน่ะครับ

Consider a hypothetical semiconductor with bandgab 1 eV ,with relative electron mass 0.05,and relative hole mass 0.5. In a cube-shaped quantum dot of this material with L = 3 nm, find the energy of transition of electron from the (211) electron state to the (111) hole state. (This transition energy must include the bandgab energy, and the additional energy is referred to as the “blue shift” of the fluorescent emission by the“quantum size effect”.) Note that the “blue shift” can be turned by adjusting the particle size, L.

ช่วยขยายความหน่อยได้ไหมครับ เพื่อความเข้าใจ แล้วก็เผื่อคนอื่น(เช่นผมเป็นต้น) ที่พื้นความรู้ไม่แน่น จะได้เข้าใจว่า ตรงนั้นมันบอกอะไร เพราะผมอ่านแล้วยังจับความไม่ได้เลยครับว่ามันบอกถึงอะไร (คือปกติผมแย่เรื่องอ่านจับใจความอยู่แล้วน่ะครับ :_( )

เด็กแรพ
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 26 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 14 20 มี.ค. 2549 (11:26)
แหม ขอโทษครับ พอจะเข้าใจแล้ว คื่อคุณจะถามคำถามสินะครับ(ใช่ไหมเนี่ย) คือผมอ่อนภาษาน่ะครับ เพิ่งเข้าใจว่าถาม น่าอายจัง :_(

เด็กแรพ
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 26 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 15 17 เม.ย. 2549 (16:30)
เรื่องเกี่ยวกับนาโนเป็นเรื่องที่ค่อนข้างใหม่ ยังต้องมีการค้นคว้าอีกมากอีกทั้งปรากฏการณ์ที่เกิดก็ยังมีหลายอย่างที่ยังขัดแย้งกับสิ่งที่เราเคยรู้มา เพราะพฤติกรรมของอนุภาคระดับนาโนจะมีลักษณะที่ต่างไปมากจากระดับใหญ่นั่นเอง เนื้อหาผมยังไม่ได้อ่านรายละเอียดทั้งหมด แต่ดูรายละเอียดคร่าวๆแล้วก็ดูเป็นบทความที่ดีนะครับ หวังว่าจะมีผลงานน่าสนใจเข้ามาอีกนะครับ

Mc
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 2 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 16 28 เม.ย. 2549 (14:19)
เป็นเรื่องที่นักวิจัยหลายสาขาให้ความสนใจกันมากครับ เป็นประโยชน์มาก

jayjay
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 106 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 17 5 พ.ค. 2549 (09:46)
เยี่ยม...

XtheInWX
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 26 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 155 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 18 7 พ.ค. 2549 (14:50)
อ่านแล้วยังงงอ่ะ มีวิธีอธิบายให้เข้าใจง่ายๆ กว่านี้มั้ย พื้นฐานความรู้ไม่มากน่ะคะ


อยากรู้เหมือนกัน

c_cin
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 487 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 157 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 19 15 พ.ค. 2549 (08:00)
สังสัยมานานแล้วเหมือนกันค่ะว่ามันคืออะไรกันแน่ ขอบคุณนะคะที่เขียนบทความนี้ขึ้น

มาดาราเมะ ไอริส
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 24 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 20 19 พ.ค. 2549 (14:24)
ยอมรับครับว่าสุดยอดจริง ๆ ตอนเรียนยังไม่กว้างขนาดนี้เลยครับ ... น่าเรียนต่อด้านนี้จังเลย

codechem
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 22 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 163 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 21 22 พ.ค. 2549 (06:33)
เขียนได้เยอะมากเลยครับ ครอบคลุมหลายๆด้านมาก

Chalongrat
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 11 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 24 12 ม.ค. 2550 (22:55)
นาโนเกี่ยวข้องกับการโคลนนิ่งหรือป่าวคับ ?

Nop1993 (IP:203.113.76.73)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 25 5 ก.พ. 2550 (14:58)
แนวโน้มของนาโนเทคโนโลยีคืออะไร
และเทคโนโลยีพลังงานความ หลักการ และแนวโน้มคืออะไร
ช่วยตอบคำถาให้ด้วยด่วนเลยนะคะ ต้องการทราบมาก
หรือไม่ก็ช่วยส่งไปรษณีย์มาให้ก็ได้นะคะ
200/102 ม 4 ต ศรีสุนทร อ ถลาง จ ภูเก็ต 83110
ต้องการทำรายงานแต่หาไม่ได้ขอความช่วยเหลือหน่อยก็แล้วกัน

tip_oston@chaiyo.com (IP:202.142.210.138)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 26 7 มิ.ย. 2550 (17:28)
ขอบคุณค่ะ ที่อธิบายเรื่องที่เข้าใจยากให้เข้าใจง่ายขึ้น
ขอเก็บไว้เป็นฐานข้อมูลนะคะ

บุรฉัตร
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 2 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 150 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 28 25 ม.ค. 2551 (00:13)
มีแต่เรื่องที่พัฒนาในด้านดี เมื่อมีด้านดีต้องคู่กับด้าน
อยากให้ผู้เขียนอธิบายถึงด้านลบบ้างได้ใหมค่ะ

pickky rt
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 4 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 150 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา
(ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา)

ผู้ชมข้อมูลนี้แล้ว 4,828 ครั้ง
เป็นสมาชิก: นานกว่า 3 ปี
แบ่งปันความรู้ 0 ครั้ง
ได้รับดาว 155 ดวง

โหวตเพิ่มดาว

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

นำชัย ชวนคิด ฝัน และสรรค์สร้างสังคมไทย ด้วยวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และธรรม [279,351]

Hot Links

ขอบคุณผู้สนับสนุน