ถ้าฟายน์แมน (Richard P. Feynman) เป็นบิดาแห่งนาโนเทคโนโลยี บินนิก (Gerd Binnig) และโรห์เออร์ (Heinrich Roher) ก็เป็นผู้ที่ทำให้นาโนเทคโนโลยี เป็นอย่างที่มันเป็นในทุกวันนี้ สิ่งประดิษฐ์ที่เกิดขึ้นอย่างไม่ได้ตั้งใจ จนทำให้ท่านทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปีค.ศ. 1986 คือกล้องจุลทรรศน์ทันเนลลิงแบบส่องกราด (Scanning Tunneling Microscope หรือ STM) นั้นได้ทำให้ความฝันของมนุษย์ที่อยากรู้อยากเห็นมานานว่า อะตอมมีรูปร่างอย่างไรเกิดเป็นจริงขึ้นมาได้ จนอาจกล่าวได้ว่ากล้องจุลทรรศน์ที่ท่านประดิษฐ์ขึ้นมานั้น เป็นเสมือนดวงตาของนาโนเทคโนโลยี
STM ทำงานโดยการสแกนพื้นผิวด้วยหัวเข็มที่แหลมมากๆ แหลมจนกระทั่งปลายหัวเข็มนั้นมีเพียงแค่อะตอมเดียวเท่านั้น โดยปลายหัวเข็มจะมีศักย์ไฟฟ้า อิเล็กตรอนบนหัวเข็มจะเกิดการลอดอุโมงค์ศักย์ ข้ามไปสู่พื้นผิว ซึ่งสัญญาณไฟฟ้าจะปรากฎขึ้นตามลักษณะของอะตอมบนพื้นผิวนั้น ได้มีการนำภาพ “เสมือน” ของอะตอมชนิดต่างๆ ซึ่งเกิดจาก STM ไปเปรียบเทียบกับภาพที่ได้จากการคำนวณด้วยกลศาสตร์ควอนตัม พบว่ามีความคล้ายคลึงหรือเหมือนกันมาก การค้นพบของบินนิกจึงเป็นการพิสูจน์รูปร่างของอะตอมจากทฤษฎีควอนตัม และเป็นครั้งแรกที่การพิสูจน์ทำได้ด้วยการ “มอง”
ภายหลังการประดิษฐ์ STM ในปี ค.ศ. 1981 ได้ 4 ปี บินนิกและทีมงานได้พัฒนาสิ่งประดิษฐ์อีกชนิดหนึ่งคือ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic Force Microscope หรือ AFM) ซึ่งเป็นสิทธิบัตรที่ทำรายได้ให้แก่บริษัทไอบีเอ็ม ที่ท่านสังกัดอยู่เป็นอย่างมาก AFM ทำงานคล้ายคลึงกับ STM เพียงแต่หัวเข็มจะสแกนไปบนพื้นผิวโดยให้สัญญาณเป็นแรงอ่อนๆ ในระดับนาโน ทำให้สามารถตรวจวัดพื้นผิวที่ไม่จำเป็นต้องนำไฟฟ้า นอกจาก AFM ไม่ต้องทำงานในสุญญากาศแล้ว มันยังสามารถตรวจวัดพื้นผิวในสภาพของเหลวได้ด้วย AFM มีความง่ายในการใช้งาน ตัวอย่างที่นำมาตรวจวัดไม่ต้องมีการเตรียมการที่ยุ่งยากเหมือนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แม้แต่นักเรียนมัธยมศึกษาของประเทศสหรัญอเมริกาก็มีความสามารถจะใช้เครื่องมือชนิดนี้ และด้วยราคาที่ถูกกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมาก (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนราคาประมาณ 15-20 ล้านบาท กล้อง AFM ราคาประมาณ 2-6 ล้านบาท) ทำให้มันได้เข้าไปครอบครองพื้นที่ในหน่วยวิจัยและปฏิบัติการทดลองทางด้านนาโนเทคโนโลยีทั่วโลก เฉพาะที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติเองก็มีเครื่อง AFM ถึง 3 เครื่อง มหาวิทยาลัยใหญ่ๆ ในประเทศไทย เช่น จุฬาฯ มหิดล มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ต่างมีใช้ในห้องปฏิบัติการทางนาโนเทคโนโลยี
นับตั้งแต่วันที่ท่านได้รับรางวัลโนเบล ตราบถึงวันนี้ศาสตราจารย์บินนิก ยังคงทำงานที่ท่านรักอยู่ที่ IBM Zurich ท่านกำลังพัฒนาอุปกรณ์เก็บข้อมูลชนิดใหม่ที่เรียกว่า Millipede ซึ่งมีหัว AFM บรรจุอยู่ 1,000-4,000 หัว ทำงานบันทึกและอ่านข้อมูล โดยการเจาะหัวเข็มลงไป (Nano-indentation) บนพอลิเมอร์ หน่วยเก็บความจำชนิดนี้ เมื่อนำไปใส่ใน Thumb Drive ที่พวกเราชอบใช้กัน ก็จะทำให้ความจุเพิ่มขึ้นเป็นระดับ 200 กิกะไบต์เลยทีเดียว อวสานของฮาร์ดดิสก์ดูเหมือนใกล้จะมาถึงในไม่ช้าแล้ว ด้วยผลงานของนักวิทยาศาสตร์โนเบลคนนี้
(ภาพบน - จากซ้ายมาขวา Heinrich Roher และ Gerd Binnig)
STM ทำงานโดยการสแกนพื้นผิวด้วยหัวเข็มที่แหลมมากๆ แหลมจนกระทั่งปลายหัวเข็มนั้นมีเพียงแค่อะตอมเดียวเท่านั้น โดยปลายหัวเข็มจะมีศักย์ไฟฟ้า อิเล็กตรอนบนหัวเข็มจะเกิดการลอดอุโมงค์ศักย์ ข้ามไปสู่พื้นผิว ซึ่งสัญญาณไฟฟ้าจะปรากฎขึ้นตามลักษณะของอะตอมบนพื้นผิวนั้น ได้มีการนำภาพ “เสมือน” ของอะตอมชนิดต่างๆ ซึ่งเกิดจาก STM ไปเปรียบเทียบกับภาพที่ได้จากการคำนวณด้วยกลศาสตร์ควอนตัม พบว่ามีความคล้ายคลึงหรือเหมือนกันมาก การค้นพบของบินนิกจึงเป็นการพิสูจน์รูปร่างของอะตอมจากทฤษฎีควอนตัม และเป็นครั้งแรกที่การพิสูจน์ทำได้ด้วยการ “มอง”
ภายหลังการประดิษฐ์ STM ในปี ค.ศ. 1981 ได้ 4 ปี บินนิกและทีมงานได้พัฒนาสิ่งประดิษฐ์อีกชนิดหนึ่งคือ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic Force Microscope หรือ AFM) ซึ่งเป็นสิทธิบัตรที่ทำรายได้ให้แก่บริษัทไอบีเอ็ม ที่ท่านสังกัดอยู่เป็นอย่างมาก AFM ทำงานคล้ายคลึงกับ STM เพียงแต่หัวเข็มจะสแกนไปบนพื้นผิวโดยให้สัญญาณเป็นแรงอ่อนๆ ในระดับนาโน ทำให้สามารถตรวจวัดพื้นผิวที่ไม่จำเป็นต้องนำไฟฟ้า นอกจาก AFM ไม่ต้องทำงานในสุญญากาศแล้ว มันยังสามารถตรวจวัดพื้นผิวในสภาพของเหลวได้ด้วย AFM มีความง่ายในการใช้งาน ตัวอย่างที่นำมาตรวจวัดไม่ต้องมีการเตรียมการที่ยุ่งยากเหมือนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แม้แต่นักเรียนมัธยมศึกษาของประเทศสหรัญอเมริกาก็มีความสามารถจะใช้เครื่องมือชนิดนี้ และด้วยราคาที่ถูกกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมาก (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนราคาประมาณ 15-20 ล้านบาท กล้อง AFM ราคาประมาณ 2-6 ล้านบาท) ทำให้มันได้เข้าไปครอบครองพื้นที่ในหน่วยวิจัยและปฏิบัติการทดลองทางด้านนาโนเทคโนโลยีทั่วโลก เฉพาะที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติเองก็มีเครื่อง AFM ถึง 3 เครื่อง มหาวิทยาลัยใหญ่ๆ ในประเทศไทย เช่น จุฬาฯ มหิดล มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ต่างมีใช้ในห้องปฏิบัติการทางนาโนเทคโนโลยี
นับตั้งแต่วันที่ท่านได้รับรางวัลโนเบล ตราบถึงวันนี้ศาสตราจารย์บินนิก ยังคงทำงานที่ท่านรักอยู่ที่ IBM Zurich ท่านกำลังพัฒนาอุปกรณ์เก็บข้อมูลชนิดใหม่ที่เรียกว่า Millipede ซึ่งมีหัว AFM บรรจุอยู่ 1,000-4,000 หัว ทำงานบันทึกและอ่านข้อมูล โดยการเจาะหัวเข็มลงไป (Nano-indentation) บนพอลิเมอร์ หน่วยเก็บความจำชนิดนี้ เมื่อนำไปใส่ใน Thumb Drive ที่พวกเราชอบใช้กัน ก็จะทำให้ความจุเพิ่มขึ้นเป็นระดับ 200 กิกะไบต์เลยทีเดียว อวสานของฮาร์ดดิสก์ดูเหมือนใกล้จะมาถึงในไม่ช้าแล้ว ด้วยผลงานของนักวิทยาศาสตร์โนเบลคนนี้
(ภาพบน - จากซ้ายมาขวา Heinrich Roher และ Gerd Binnig)
(ภาพล่าง - Millipede ก็คือ AFM มายืนเรียงแถวกันทำงาน)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น