Предисловие автора ............................................. 12
Предисловие редактора русского перевода ........................ 14

Глава 1. Введение .............................................. 17

Глава 2. Введение в физику твердого тела ....................... 23
2.1  Атомарная структура ....................................... 23
     2.1.1  Размерные эффекты .................................. 23
     2.1.2  Кристаллические решетки ............................ 23
     2.1.3  Наночастицы с гранецентрированной решеткой ......... 26
     2.1.4  Тетраэдрические полупроводниковые структуры ........ 29
     2.1.5  Колебания решетки .................................. 32
2.2  Структуры энергетических зон .............................. 34
     2.2.1  Диэлектрики, полупроводники и проводники ........... 34
     2.2.2  Обратное пространство и решетка .................... 36
     2.2.3  Энергетические зоны и щели в полупроводниках ....... 37
     2.2.4  Эффективные массы .................................. 41
     2.2.5  Поверхности Ферми .................................. 41
2.3  Локализованные частицы и квазичастицы ..................... 43
     2.3.1  Доноры, акцепторы и глубоколежащие уровни .......... 43
     2.3.2  Подвижность ........................................ 43
     2.3.3  Экситоны ........................................... 44

Глава 3. Методы измерений ...................................... 47
3.1  Введение .................................................. 47
3.2  Структура ................................................. 47
     3.2.1  Атомные структуры .................................. 47
     3.2.2  Кристаллография .................................... 49
     3.2.3  Определение размеров частиц ........................ 52
     3.2.4  Структура поверхности .............................. 56
3.3  Микроскопия ............................................... 57
     3.3.1  Просвечивающая электронная микроскопия ............. 57
     3.3.2  Ионно-полевая микроскопия .......................... 61
     3.3.3  Сканирующая микроскопия ............................ 61
3.4  Спектроскопия ............................................. 66
     3.4.1  Инфракрасная и рамановская спектроскопия ........... 66
     3.4.2  Фотоэмиссионная и рентгеновская спектроскопия ...... 70
     3.4.3  Магнитный резонанс ................................. 75

Глава 4. Свойства индивидуальных наночастиц .................... 79
4.1  Введение .................................................. 79
4.2  Металлические нанокластеры ................................ 80
     4.2.1  Магические числа ................................... 80
     4.2.2  Теоретическое моделирование наночастиц ............. 82
     4.2.3  Геометрическая структура ........................... 83
     4.2.4  Электронная структура .............................. 86
     4.2.5  Реакционная способность ............................ 88
     4.2.6  Флуктуации ......................................... 90
     4.2.7  Магнитные кластеры ................................. 90
     4.2.8  От макро- к нано- .................................. 91
4.3  Полупроводниковые наночастицы ............................. 93
     4.3.1  Оптические свойства ................................ 93
     4.3.2  Фотофрагментация ................................... 94
     4.3.3  Кулоновский взрыв .................................. 95
4.4  Кластеры атомов редких газов и молекулярные кластеры ...... 96
     4.4.1  Кластеры атомов инертных газов ..................... 96
     4.4.2  Сверхтекучие кластеры .............................. 97
     4.4.3  Молекулярные кластеры .............................. 98
4.5  Методы синтеза ............................................ 99
     4.5.1  Высокочастотный индукционный нагрев ................ 99
     4.5.2  Химические методы ................................. 100
     4.5.3  Термолиз .......................................... 100
     4.5.4  Импульсные лазерные методы ........................ 102
4.6  Заключение ............................................... 102

Глава 5. Углеродные наноструктуры ............................. 103
5.1  Введение ................................................. 103
5.2  Углеродные молекулы ...................................... 103
     5.2.1  Природа углеродной связи .......................... 103
     5.2.2  Новые углеродные структуры ........................ 104
5.3  Углеродные кластеры ...................................... 105
     5.3.1  Малые углеродные кластеры ......................... 105
     5.3.2  Открытие фуллерена С60 ............................ 106
     5.3.3  Структура фуллерена С60 и его кристаллов .......... 108
     5.3.4  С60, легированный щелочными металлами ............. 109
     5.3.5  Сверхпроводимость в С60 ........................... 110
     5.3.6  Фуллерены с числом атомов, большим или меньшим
            60 ................................................ 111
     5.3.7  Неуглеродные шарообразные молекулы ................ 111
5.4  Углеродные нанотрубки .................................... 112
     5.4.1  Методы получения .................................. 112
     5.4.2  Структура ......................................... 114
     5.4.3  Электрические свойства ............................ 115
     5.4.4  Колебательные свойства ............................ 117
     5.4.5  Механические свойства ............................. 118
5.5  Применение углеродных нанотрубок ......................... 120
     5.5.1  Полевая эмиссия и экранирование ................... 120
     5.5.2  Компьютеры ........................................ 121
     5.5.3  Топливные элементы ................................ 122
     5.5.4  Химические сенсоры ................................ 124
     5.5.5  Катализаторы ...................................... 124
     5.5.6.Механическое упрочнение ............................ 125

Глава 6. Объемные наноструктурированные материалы ............. 127
6.1  Разупорядоченные твердотельные структуры ................. 127
     6.1.1  Методы синтеза .................................... 127
     6.1.2  Механизмы разрушения традиционных
            поликристаллических материалов .................... 130
     6.1.3  Механические свойства ............................. 131
     6.1.4  Наноструктурированные многослойные материалы ...... 133
     6.1.5  Электрические свойства ............................ 134
     6.1.6  Другие свойства ................................... 137
     6.1.7  Металлические нанокластеры в оптических стеклах ... 138
     6.1.8  Пористый кремний .................................. 140
6.2  Наноструктурированные кристаллы .......................... 142
     6.2.1  Природные нанокристаллы ........................... 142
     6.2.2  Теоретическое предсказание кристаллических
            решеток из нанокластеров .......................... 143
     6.2.3  Упорядоченные структуры наночастиц в цеолитах ..... 144
     6.2.4  Кристаллы из металлических наночастиц ............. 145
     6.2.5  Упорядоченные решетки наночастиц в коллоидных
            суспензиях ........................................ 146
     6.2.6  Наноструктурированные кристаллы для фотоники ...... 147

Глава 7. Ферромагнетизм в наноструктурах ...................... 153
7.1  Основы ферромагнетизма ................................... 153
7.2  Влияние наноструктурирования объемного материала
     на магнитные свойства .................................... 157
7.3  Динамика наномагнитов .................................... 159
7.4  Магнитные частицы в нанопорах ............................ 161
7.5  Наноуглеродные ферромагнетики ............................ 163
7.6  Гигантское и колоссальное магнитосопротивление ........... 165
7.7  Ферромагнитные жидкости .................................. 168

Глава 8. Оптическая и колебательная спектроскопия ............. 175
8.1  Введение ................................................. 175
8.2  Инфракрасный диапазон .................................... 176
     8.2.1  Спектроскопия полупроводников, экситоны ........... 176
     8.2.2  Инфракрасная спектроскопия поверхности ............ 178
     8.2.3  Рамановская спектроскопия ......................... 181
     8.2.4  Бриллюэновская спектроскопия ...................... 187
8.3  Люминесценция ............................................ 189
     8.3.1  Фотолюминесценция ................................. 189
     8.3.2  Поверхностные состояния ........................... 192
     8.3.3  Термолюминесценция ................................ 195
8.4  Наноструктуры в цеолитовых ячейках ....................... 196

Глава 9. Квантовые ямы, проволоки и точки ..................... 199
9.1  Введение ................................................. 199
9.2  Приготовление квантовых наноструктур ..................... 200
9.3  Эффекты, обусловленные размерами и размерностью
     нанообъектов ............................................. 203
     9.3.1. Размерные эффекты ................................. 203
     9.3.2  Размерность объекта и электроны проводимости ...... 206
     9.3.3  Ферми-газ и плотность состояний ................... 206
     9.3.4  Потенциальные ямы ................................. 209
     9.3.5  Частичная локализация ............................. 212
     9.3.6  Свойства, зависящие от плотности состояний ........ 213
9.4  Экситоны ................................................. 214
9.5  Одноэлектронное туннелирование ........................... 215
9.6  Приложения ............................................... 218
     9.6.1  Инфракрасные детекторы ............................ 218
     9.6.2  Лазеры на квантовых точках ........................ 220
9.7  Сверхпроводимость ........................................ 222

Глава 10. Самосборка и катализ ................................ 225
10.1 Самосборка ............................................... 225
     10.1.1 Процесс самосборки ................................ 225
     10.1.2 Полупроводниковые островковые структуры ........... 225
     10.1.3 Монослои .......................................... 229
10.2  Катализ ................................................. 231
     10.2.1 Природа катализа .................................. 231
     10.2.2 Площадь поверхности наночастиц .................... 232
     10.2.3 Пористые материалы ................................ 235
     10.2.4 Столбчатые глины .................................. 238
     10.2.5 Коллоиды .......................................... 242

Глава 11. Органические соединения и полимеры .................. 245
11.1 Введение ................................................. 245
11.2 Образование и описание полимеров ......................... 246
     11.2.1 Полимеризация ..................................... 246
     11.2.2 Размеры полимерных структур ....................... 248
11.3 Нанокристаллы ............................................ 249
     11.3.1 Ароматические соединения .......................... 249
     11.3.2 Полидиацетиленовые соединения ..................... 252
11.4 Полимеры ................................................. 254
     11.4.1 Проводящие полимеры ............................... 254
     11.4.2 Блок-сополимеры ................................... 256
11.5 Супрамолекулярные структуры .............................. 257
     11.5.1 Структуры с переходными металлами ................. 257
     11.5.2 Дендритоподобные молекулы ......................... 261
     11.5.3 Супрамолекулярные дендримеры ...................... 264
     11.5.4 Мицеллы ........................................... 266

Глава 12. Биологические материалы ............................. 271
12.1 Введение ................................................. 271
12.2 Биологические строительные блоки ......................... 272
     12.2.1 Размеры строительных блоков и наноструктуры ....... 272
     12.2.2 Полипептидные нанопроволоки и белковые
            наночастицы ....................................... 272
12.3 Нуклеиновые кислоты ...................................... 278
     12.3.1 ДНК как сдублированная нанопроволока .............. 278
     12.3.2 Генетический код и синтез белка ................... 282
12.4 Биологические наноструктуры .............................. 284
     12.4.1 Примеры белков .................................... 284
     12.4.2 Мицеллы и везикулы ................................ 285
     12.4.3 Многослойные пленки ............................... 288

Глава 13. Наномашины и наноприборы ............................ 291
13.1 Микроэлектромеханические системы ......................... 291
13.2 Наноэлектромеханические системы .......................... 294
     13.2.1 Изготовление ...................................... 294
     13.2.2 Наномашины и наноприборы .......................... 297
13.3 Молекулярные и Супрамолекулярные триггеры ................ 303

Приложение А .................................................. 311
     Формулы для определения размерности объекта .............. 311
     А.1. Введение ............................................ 311
     А.2. Делокализация ....................................... 311
     А.З. Частичная локализация ............................... 311
Приложение В .................................................. 313
     Таблицы свойств полупроводниковых материалов ............. 313
     Дополнение. Метрологические и стандартизационные
     основы нанотехнологий .................................... 319