3. Suyuq kristallar va ularning xususiyatlari. Katta adron kollayderi va uning ishlash prinspi

NANO O'LCHAMLI KLASTERLAR VA KRISTALLAR. NONOTEXNOLOGIYA
Reja:
1.Nanoo’lchamli klasterlar va kristallar. Nanotexnologiyalar.
2. Fizikaviy jarayonlarni modellashtirish imkonini beruvchi dasturlar orqali fizikaviy jarayonlarni modellashtirish.
3. Suyuq kristallar va ularning xususiyatlari.
4. Katta adron kollayderi va uning ishlash prinspi.
.Nanotexnologiya nima?
Nanotexnologiya tushunchasi uchun tugal va aniq ifoda yo‘q, ammo mavjud mikrotexnologiya asosida bu o‘lchamlarni nanometrdagi texnologiya deb yuritish mumkin. Shuning uchun mikrodan nanoga o‘tish bu moddani boshqarishdan atomni boshqarishga o‘tish demakdir. Sohaning rivoji deganda esa asosan uchtayo‘nalish tushuniladi:
- o‘lchami atom va molekulalar o‘lchamlari bilan solishtirarli h;
- nanomashinalarni loyihalash va ishlab chiqish;
- alohida atom va molekulalarni boshqarish va ulardan alohida mikroob'ektlarni yig‘ish.
Nanomateriallar – nanozarrachalar yoki nanotexnologiyalar yordamida yaratilgan va o’lchamlari juda kichikligi hisobiga i ajoib xusussiyatlarga ega bo’lgan materiallar. Nanomateriallarga hech bo’lmasa bitta o’lchami 1 dan 100 nm oralikda yotgan materiallar tegishli.
Odatdagi o’lchamlar
Bir necha ming yillar davomida odamlar hamma narsalarni ko’zlari o’rgangan me’yor bilan, ya’ni odam bo’yi bilan baholab kelgan. Barcha halqlarda ham o’lcham birligi metr, yoki unga yaqin bo’lgan kattalik bo’lgan.XVII asrda odam ko’zi mikroskop tufayli ming marta kichik ob’yektlarni ko’rib boshlagan. Ammo buyumlarni va mexanizmlarning kichrayishi materiallar va kurilmalarning kichrayishiga bo’liq.
ХХ asrning o’rtasida vakuum lampalar elektronikani rivojlanishiga olib keldi. Ommabop holatda televizorlar ishlab chiqildi.
ХХ asrning o’rtasida o’lchamlar yana ming marta kichraydi – natijada hisoblash mashinalarning imkoniyatlari keskin oshdi. 15 yil ichida 1981 yilda birinchi personal kompyuter yaratildi. Odamzod tarixida internet bilan bog’liq bo’lgan yangi sahifa ochildi –Internet.
Nanofizika va nanotexnologiyalarni asoschisi yirik fizikolim Richard Feynman (1918-1988). Amerika fiziklar jamiyatining majlisida 1959 yilda qilgan “Pastda hali ko’p joy” ma’ruzasida bashorat qilib, qator g’oyalarni oldinga surdi. R.Feynmanni fikri bo’yicha odamlar juda uzoq vaqt davomida yonida bir dun’yo borligini bilmasdan yashab kelgan. Biror narsani ko’rmasak u bilan ishla olmaymiz. 1993 yildan boshlab R.Feynman nomidagi mukofot har yili nanotexnologiyalar sohasida buyuk yutuqlarga erishganlarga beriladi. Mikroob’yektlar yaratishni rag’batlantirish uchun R.Feynman 1mm dan kichik elektromotor yaratganiga 1000$ mukofot e’lon qilgan. Va ko’p vaqt o’tmasdan bunday motor yaratilgan
Kristallar.
Kristallar (yun. krystallos — muz, togʻ billuri) — atomlari, ionlari va molekulalari maʼlum tartibda joylashib, fazoviy kristall panjarani tashqil etgan qattiq jismlar. K., koʻpincha, suyuq fazalar — eritmalardan hosil boʻladi va oʻsadi, baʼzan esa gaz holatini yoki qattiq jism holatini tashqil etadigan fazaviy oʻzgarishlar natijasidagiva hosil boʻladi. Bir turdagi kristall panjaraga ega yirik K. — monokristallar, mayda-mayda kristallchalardan tashqil topgan. K. — polikristallar, umuman kristall panjara tashqil etmagan qattiq jismlar — a m o r f jismlar deb yuritiladi. Boʻlardan tashqari suyuq K. maxsus guruhni tashkil etadi.
K. tabiatda har xil kattalikda uchraydi. Eng yirik tabiiy K. (togʻ billuri — kvars xili) bir necha yuz kilogrammni, sunʼiy yetishtirilgan ish-qoriy galloid K.i bir necha oʻn kilogrammni, eng yirik tayoqcha shaklida yetishtirilgan kremniy K.ning diametri 200 mm ni, eng yupqa bir butun monokristall qatlam shaklidagi K.ning qalinligi 10 nm ni tashqil etadi.
K., odatda, simmetrik, toʻgʻri shaklli, tomonlari sillik, qirralari toʻgʻri boʻladi. Rentgenostruktura tahlili paydo boʻlgunga qadar. K. burchaklarini oʻlchash yordamida oʻzaro taqqoslanib, ularning kimyoviy tarkibi aniqlangan. K.ni simmetrik jism sifatida oʻrganish maqsadida ular 32 simmetriya sinfiga boʻlingan. Har bir sinf simmetriya elementlarining maʼlum bir majmui bilan harakterlanadi. 32 sinf ulardagi harakterli simmetriya elementlarining mavjudligiga qarab 7 singoniyaga guruhlanadi: triklin, monoklin, romb, tetragonal, geksagonal, trigonal va kub. K. ayrim tomonlarining oʻsish tezligidagi farqlar ularni kamdan-kam uchraydigan turli-tuman shakllar (plastinkasimon, ignasimon, tolasimon, butoqsimon, dendrit, qorsimon) ga olib kelishi mumkin. Bu xususiyatlardan germaniyning dendrit lentasini, turli yarimoʻtkazgichlarning yupqa plyonka (parda) sini oʻstirish texnikasida foydalaniladi. Agar eritmada bir yoʻla bir necha kristallanish markazlari hosil boʻlsa, u holda oʻsib borayotgan K. bir-biri bilan uchrashib, notoʻgʻri donachalar shaklini oladi.
3. Suyuq kristallar va ularning xususiyatlari.
Suyuq kristallar-suyuqlik va kristall xossasiga ega bo’lgan moddalar bo’lib unda bir vaqtning o’zida ham kristallik, ham suyuqlik xususiyatlari namoyon bo’ladi. Ma’lumki moddadarining ko’pchiligi uchta agregat holatda (qattiq, suyuq, gaz) bo’lishi mumkin. Murakkab molekulalarga ega bo’lgan ba’zi organik moddalar yuqoridagi uchta holatdan tashqari to’rtinchi holatda ham bo’lishi mumkin. Ular eritilayotganida oddiy suyuqlikdan farqlanuvchi suyuq kristall fazasi xosil bo’ladi. Mazkur faza kristallning erish haroratidan boshlanib undan yuqori harorat intervalida mavjud bo’ladi. Agar uni ayni shu interval chegarasidan yuqori haroratga qadar qizdirilsa, suyuq kristall oddiy suyuqlikka aylanib qoladi. Suyuq kristallar 1888 yilda Avstriyalik batanik-olim F.Reynitser tomonidan birinchi marta olingan va tadqiq qilingan. F.Reynitser sintez qilgan yangi modda xolesteril benzoat ikkita erish nuqtasiga egadir. Bu qattiq jismning harorati 1450 S ga yetganda, u loyqa suyuqlikka aylanadi. 1790 S haroratda esa suyuqlik tiniqlashib qoladi, ya’ni o’zini optik nuqtai nazardan oddiy suyuqlikdek, masalan suvdek tutadi.
F.Reynitser polyarizatsion mikrosko’p ostida holesteril benzatning loyqa fazasini ko’zatganda u ikkilanma nur sindirishga ega ekanligini aniqladi. Molekulalarning fazoda tartiblanishi odatdagidek to’liq bo’lmasa ham u suyuq kristallar xususiyatiga jiddiy ta’sir ko’rsatadi. Shuning bilan ham ular oddiy suyuqlikdan farq qiladi. Molekula o’qlarining eng oddiy tartiblanishlaridan tashqari, suyuq kristallarning molekulalarida bundan ham murakkab oriyentatsion tartiblanish amalga oshishi ham mumkin. Suyuq kristallarning turlari. Nematik, smektik va xalesterik. Molekulalar o’qlarining tartiblanishining ko’rinishiga qarab suyuq kristallar uch turga bo’linadi: 1. Nematik. Nematik grekcha “nema” so’zidan olingan bo’lib “ip” deganidir. Nematiklar tarkibida mikrosko’pik ipsimon strukturalar mavjud bo’lib ularning oxiri yoxud erkin, yoxud idishning devoriga yopishuvchan bo’ladi. 1930 yilning boshlarida nematik moddalarning umuiy molekulyar strukturasi qarama-qarshi muloxazalarning yuzaga kelishiga sabab bo’ldi. Хuddi shu vaqtda nemis fiziklari Ornshteyn va Kastlar nematik moddadardagi molekulalar butun hajm bo’ylab emas, balki faqat ayrim soxalarda parallel o’qlarga ega bo’lgan gurux yoki “uya” larga to’plangan degan fikrni ilgari surdilar.
4. Katta adron kollayderi va uning ishlash prinspi.

Bundan yuz yilcha muqaddam koinot cheksiz fazo, unda yulduzlar bir tekis taqsimlangan, degan tasavvur hukmronlik qilardi. O‘tgan asrning 20-yillarida amerikalik astronom Edvin Xabbl ko‘zga ko‘ringan barcha galaktikalar bizdan turli yo‘nalishlar bo‘yicha juda katta tezlik bilan uzoqlashayotganini aniqladi. Bu olam tuzilishi nazariyasini qayta qarab chiqishni taqozo etdi. Shu kashfiyot sabab bo‘lib butun koinot bundan 15-20 milliard yil oldin ro‘y bergan “katta portlash”ning natijasidir, degan xulosaga kelindi. Uzoq yillar bu qat’iy nazariya sifatida qabul qilib kelindi. Keyinroq bunday nazariyani tasdiqlovchi dalillar ham topila boshlandi. Shulardan birinchisi NASA (AQSH kosmik tadqiqotlar markazi) sun’iy yo‘ldoshi — “Sove” uzoq kosmosning turli tomonlaridan kelayotgan fon nurlanishining haroratini aniqladi. Bunday nurlanish qadimda kuzatilgan “katta portlash”ning qoldiq nurlanishi ekani ma’lum bo‘lib, uning qiymati nazariy hisob-kitoblar orqali topilgan issiqlik qiymati bilan bir xil chiqdi. Ushbu dalil “katta portlash” ro‘y berganini tasdiqladi. Shundan so‘ng, 90-yillarning oxirida olimlar Brukxeven (AQSH)dagi elementar zarrachalar tezlatgichida elektronlardan ozod qilingan oltin atomini yorug‘lik tezligining 99,9 qismiga qadar o‘zaro qarama-qarshi yo‘nalishda tezlatib, to‘qnashtirish orqali sun’iy «katta portlash»ni vujudga keltirmoqchi bo‘lishdi. Bunda “katta portlash”dan keyingi jarayonning dastlabki daqiqalaridagi holatini kuzatish maqsad qilingan edi. Bu ikki bosqichda — “Feniks” deb ataluvchi birinchi loyiha Kolumbiya universitetining professori Nagamiya rahbarligidagi 355 mutaxassisdan iborat jamoa tomonidan, “Star” nomli ikkinchi loyiha esa Berkli Lourens laboratoriyasidan Jon Xarris boshchiligidagi 350 nafar fizik tomonidan olib borilishi ko‘zlangandi. Biroq ko‘pchilik mutaxassislar bunday sinov jiddiy xavf ostida amalga oshirilishini e’tirof etishdi. Shunga qaramay, olimlar qayta o‘tkazilgan hisob-kitoblar natijasida reaktsiya jarayonida jiddiy xavf kutilmasligini ta’kidlab, sinovni o‘tkazishga qaror qildilar. Biroq o‘shanda kollayder quvvatining pastligi tufayli kutilgan natijani olishning imkoni bo‘lmadi. Bizning asrimizda ayni shu masalani hal qilish uchun 2002 yilning 11 avgust kuni Shveysariya va Fransiya chegarasida qurilgan dunyodagi elementar zarrachalarning eng yirik tezlatgichi — katta adron kollayderi (KAK) ishga tushirildi. Salkam 10 milliard dollarga tushgan va juda katta quvvatga ega bo‘lgan bu kollayder dunyoda eng yirik yadro fizikasi laboratoriyasi — CERN (Consell Europeen pour la Recherche Nucleare)da qurildi. U o‘rtacha 100 metr chuqurlikda, uzunligi 27 kilometr bo‘lgan xalqa ko‘rinishidagi tezlatgich bo‘lib, unda qarama-qarshi yo‘nalishda 7 tev (terra elektron volt, ya’ni trillion elektron volt) energiyagacha tezlatilgan proton dastalari to‘qnashtiriladi. Ana shunday to‘qnashish natijasida ajralgan energiya 14 trillion elektron voltni tashkil etadi. Bunday katta energiyaning ajralishi oqibatida ro‘y beradigan hodisalar ma’lum darajada “katta portlash” manzarasini tasdiqlay olishi tadqiqotchilar, fizik va astrofizik olimlar uchun juda muhim edi.
Keyingi o‘n yillikda jahon jamoatchiligi lug‘at boyligiga «nano» so‘zi kirib keldi. Xo‘sh, «nano» nima? Qisqa qilib aytganda, nano milliarddan bir qismdir.
Nanotexnologiya tushunchasi uchun tugal va aniq ifoda yo‘q, ammo mavjud mikrotexnologiya asosida bu o‘lchamlarni nanometrdagi texnologiya deb yuritish mumkin. Shuning uchun mikrodan nanoga o‘tish bu moddani boshqarishdan atomni boshqarishga o‘tish demakdir. Sohaning rivoji deganda esa asosan uchtayo‘nalish tushuniladi:
- o‘lchami atom va molekulalar o‘lchamlari bilan solishtirarli elektron sxemalarni tayyorlash;
- nanomashinalarni loyihalash va ishlab chiqish;
- alohida atom va molekulalarni boshqarish va ulardan alohida mikroob'ektlarni yig‘ish.
Nanomateriallar – nanozarrachalar yoki nanotexnologiyalar yordamida yaratilgan va o’lchamlari juda kichikligi hisobiga i ajoib xusussiyatlarga ega bo’lgan materiallar. Nanomateriallarga hech bo’lmasa bitta o’lchami 1 dan 100 nm oralikda yotgan materiallar tegishli.
Odatdagi o’lchamlar
Bir necha ming yillar davomida odamlar hamma narsalarni ko’zlari o’rgangan me’yor bilan, ya’ni odam bo’yi bilan baholab kelgan. Barcha halqlarda ham o’lcham birligi metr, yoki unga yaqin bo’lgan kattalik bo’lgan.XVII asrda odam ko’zi mikroskop tufayli ming marta kichik ob’yektlarni ko’rib boshlagan. Ammo buyumlarni va mexanizmlarning kichrayishi materiallar va kurilmalarning kichrayishiga bo’liq.
ХХ asrning o’rtasida vakuum lampalar elektronikani rivojlanishiga olib keldi. Ommabop holatda televizorlar ishlab chiqildi.
ХХ asrning o’rtasida o’lchamlar yana ming marta kichraydi – natijada hisoblash mashinalarning imkoniyatlari keskin oshdi. 15 yil ichida 1981 yilda birinchi personal kompyuter yaratildi. Odamzod tarixida internet bilan bog’liq bo’lgan yangi sahifa ochildi –Internet.
Nanofizika va nanotexnologiyalarni asoschisi yirik fizikolim Richard Feynman (1918-1988). Amerika fiziklar jamiyatining majlisida 1959 yilda qilgan “Pastda hali ko’p joy” ma’ruzasida bashorat qilib, qator g’oyalarni oldinga surdi. R.Feynmanni fikri bo’yicha odamlar juda uzoq vaqt davomida yonida bir dun’yo borligini bilmasdan yashab kelgan. Biror narsani ko’rmasak u bilan ishla olmaymiz. 1993 yildan boshlab R.Feynman nomidagi mukofot har yili nanotexnologiyalar sohasida buyuk yutuqlarga erishganlarga beriladi. Mikroob’yektlar yaratishni rag’batlantirish uchun R.Feynman 1mm dan kichik elektromotor yaratganiga 1000$ mukofot e’lon qilgan. Va ko’p vaqt o’tmasdan bunday motor yaratilgan.
Bugungi kunga qadar (2018-2019) dunyoda nanotexnologiyalar va nanoproduktsiya nima ekanligini tasvirlaydigan yagona standart yo'q.
"Nanotexnologiya" tushunchasiga quyidagilar kiradi:
Neyrotexnologiya sohasi yarim asrga ega, ammo u faqat so'nggi 20 yil ichida etuklikka erishdi. Asosiy voqea olimlarga tajribalar paytida miyaning ishini bevosita kuzatishga imkon beradigan neyroimagingning paydo bo'lishi edi. Neyrotexnologiyalar jamiyatga jiddiy ta'sir ko'rsatdi, garchi ularning mavjudligi shunchalik ahamiyatsiz bo'lsa-da, ularning deyarli barchasini sezmaydilar.
Dori-darmonlardan miya skanerlashigacha, neyrotexnologiyalar rivojlangan mamlakatlarning deyarli barcha aholisiga to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita ta'sir qiladi, ular depressiya, uyqusizlik, diqqat etishmovchiligining giperaktivligini buzish, antiviruslarga qarshi vositalar yoki saraton kasalligini skanerlash, insultni tiklash va boshqalar.
Sanoat rivojlanib borgan sari, bu jamiyatning shaxsiyat va turmush tarziga ta'sir qiladigan miyaning ko'plab imkoniyatlarini boshqarish va ulardan foydalanishga imkon beradi. Umumiy texnologiya allaqachon buni amalga oshirishga harakat qilmoqda; Brain Age [1] kabi o'yinlar va miyaning faoliyatini yaxshilashga qaratilgan Fast ForWord [2] kabi dasturlar neyrotexnologiyalar toifasiga kiradi.
Hozirgi vaqtda fan miyaning tuzilishi va faoliyatining deyarli barcha jihatlarini tasvirlashga qodir. Bu depressiyani, giperaktivlikni, uyqusizlikni va boshqalarni boshqarishga yordam beradi. Terapiyada bu qon tomir qurbonlariga harakatlarni muvofiqlashtirishni yaxshilashga, miya faoliyatini yaxshilashga, epilepsiya xurujlari sonini kamaytirishga, vosita funktsiyalari buzilgan bemorlarga (Parkinson, Xantington kasalligi, ALS) yordam beradi va xayoliy og'riqlardan xalos bo'lishga yordam beradi [3].
Neyrotexnologiyaning rivojlanishi nevrologik muammolari bo'lgan bemorlarni reabilitatsiya qilish uchun ko'plab yangi usullarni va'da qilmoqda. Neyrotexnologik inqilob 2007 yilda boshlangan "Fikrlash o'n yilligi" tashabbusini amalga oshirdi [4]. Bundan tashqari, miyada aql va ongning paydo bo'lishi mexanizmlarini aniqlashga imkon beradi.
Zamonaviy texnologiyalar
Vizualizatsiya
Magnit-rezonans tomografiya (MRI) miyaning topologik va signal tuzilmalarini skanerlash, shuningdek miya faoliyatini vizual tekshirish uchun ishlatiladi. MRGdan foydalanish nevrologiyada juda katta oqibatlarga olib keladi. Bu, ayniqsa funktsional MRI (fMRI) paydo bo'lganidan keyin fikrlashni o'rganishda muhim ahamiyatga ega [5]. Funktsional MRI miya mintaqalari faollashuvining kislorod miqdorining oshishiga bog'liqligini o'lchaydi.
Texnologiya miyaning turli sohalari va sohalari o'rtasida assotsiativ ulanishlar xaritasini yaratishga imkon beradi, shu jumladan yangi joylar va maydonlarni aniqlaydi. FMRI tufayli bemorlar real vaqtda miyalarining stimulga qanday javob berishini ko'rishlari mumkin va shu bilan vizual mulohazalarni olishadi.
Kompyuter tomografiyasi (KT) 1970 yildan beri ishlatiladigan yana bir miyani skanerlash texnologiyasidir. Akademik muhitda kompyuter tomografiyasining ko'plab funktsiyalari hozirda MRGga o'tmoqda, ammo avvalgisi sog'liqni saqlash muassasalarida miya faoliyati va shikastlanishini aniqlash uchun ishlatiladi. Rentgen nurlari yordamida olimlar miyada radioaktiv yorliqlarni o'rnatadilar, ular faoliyat nuqtalarini miyada aloqalarni o'rnatish vositasi sifatida ko'rsatadilar, shuningdek, miyaga uzoq muddatli shikast etkazadigan (masalan, anevrizma yoki saraton kabi) ko'plab shikastlanishlar / kasalliklarni aniqlaydilar [5].
Pozitron emissiya tomografiyasi (PET) bu pozitron nurlanish manbalari (glyukoza kabi) bo'lgan markerlarni mahkamlash uchun tuzilgan yana bir tasvirlash usuli [5]. PET tez-tez ishlatiladi, chunki bu metabolik jarayonlarni aniqlashga imkon beradi: miyaning muammoli joylari ko'proq glyukoza iste'mol qiladi.