探索极小世界

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在生产微型零件的机械车间，工程师生产的导线很细，激光器很小，即使几千根导线、几千个激光器捆扎在一起，肉眼也看不见。

为探索这一极小极小元件的前沿，科学家和工程师已进入一个新王国：他们用毫微米量度自己的器件，细菌看起来像是大拖船，头发犹如连绵的山脉。

今天，这些最新的人造器件越造越小，以致科学家几乎可以扳着指头数出它们所含的原子数目。

进军无穷小主要是微电子工业推动的。微电子工业需要体积比以往任何时候都小因而速度更快的开关和电路。这些关键元件的体积业已逐年缩小。科学家已开始制造、操纵和观测接近微型化极限的器件。

驱使科学家探索这极小世界的是好奇心。不仅仅是为了验证他们有能力这样做，同时也想看看会出现哪些新性能。

这个王国日益被证明是一个人们基本尚不了解的奇妙的领域，在这里不断发现新的物理性能。从事微结构研制的科学家发现，微结构能以迥异于大结构的方式工作。为此，已有科学家说：“我们已经进入一个物理性质发生改变的领域，它既非原子领域，亦非固体领域，而是处在两者之间的某处。”并且声称，能把一根金属线做得很细，细得电子流不可能通过。这样，导体就变成了绝缘体。在非常非常小的尺度上，电子能被“捕陷”在“量子陷阱”和更小的“量子盒”中。还有的研究人员正在研制只有头发丝六百万分之一粗细的导线。在这些量子导线超级点阵中，电子被迫仅沿一个方向运动，其行为远不同于普通材料中的电子。

为制造这些微小的结构，研究人员利用了称为分子束外延的工艺。这种工艺可使工程师一次铺上一层电子。就像是用原子涂漆，使科学家能够以很高的精度控制器件的制造。使用这类技术能做出精细复杂的镓、砷、铟多层结构物。在这些半导体材料层上，研究人员能用超细电子束、离子束或X光束蚀刻出显微开关。

科学家认为：“迄今为止，这仅是尺寸按比例缩得越来越小的事情。这是进化，而非革命。但是，可能会有崭新的制造方法出现。”

过去，微型化世界由微电路统治，这些电路只能起“头脑”作用，起不到肌肉的功能。

然而，现在工程师预测，极小的器件不仅能像计算机芯片那样处理信息，而且能在微观世界从事手工劳动——搬运、挤压、切割和推拉。

一些富于幻想的机械师认为：未来微型机器人能清洗有毒化学容器的内壁；微型潜水艇能在人体血流中“游弋”，施放溶解血栓的化学物质。

借助计算机芯片制造所用的技术，工程师们去年制造了靠空气推动的微型涡轮机和靠静电驱动的微型电机。还有的工程师最近展示了一台“摇摆马达”，转子只有头发丝粗细，转速为每秒钟10万转。其中一台电机只有句号那么大。

在美国大学与工业界的12个实验室里，科研人员正在制造小得肉眼几乎看不见的齿轮、弹簧和杠杆。康奈尔大学的工程师加工出一把钨镊子，镊尖只有一个血红细胞那么大。明尼苏达大学的研究人员制造出一根能伸缩的独立金属杆，终有一天可能用于操作显微手术刀。

这些科研人员希望，未来几年内，会产生出大批直接制在电子电路上的微型机械传感器，用作灵敏的温度计、压力计和加速度测量仪。例如，化油器内部可能会安装微型机械传感器，精确测量并调整空气与燃料的混合比。

就所有这些进步而言，未知数仍然不少。研究人员想了解磨擦和应力怎样影响这些微小的运动零件。大设备中可忽略的阻力和其它因素（如剂的粘度）在微观尺度上可能成为主要因素。

科学家指出：“材料在桥梁和飞机中的作用我们了解得很多，但我们对机械零件在这样小的尺度下的作用几乎一无所知。”

首批制造出微型电机的一些科学家正绞尽脑汁，寻找这些微型设备的用途。发达的工业界也正在注意什么东西切合实用。