شکل (۳-۳) دیاگرام نوار انرژی برای فرایند تونل زنی بین دوابررسانای مشابه ……………………………………….۶۱

نمودار ( ۳-۳-) مشخصه I-V پیوندگاه S-I-S …………………………………………………………………………………….61
نمودار ( ۳-۴) مشخصه I-V پیوندگاه جوزفسون (در T=°K) ……………………………………………………………..62
شکل (۳-۴) اسکوئید ……………………………………………………………………………………………………………………….۶۳
شکل ( ۳-۵) نمایشی از پیوند ابررسانا – عایق – ابررسانا بر پایه گرافن …………………………………………………۶۴
نمودار ( ۳-۵) نمودار جریان بحرانی در اتصال SIS پایه گرافن ……………………………………………………………..۶۷
شکل ( ۴-۱) ساختار هندسی گرافن تحت کشش در جهت زیگزاگ ………………………………………………………۷۱
شکل ( ۴-۲) دو نوع از ابرجریان I_s در اتصالات SIS پایه گرافن کش دار …………………………………………….۷۲
نمودار ( ۴-۱) نتایج عددی v_x و v_y برای صفحه گرافنی تحت کشش ……………………………………………………۷۵
نمودار ( ۴-۲) نمودارهای سطح انرژی آندریف در جفت شدگی نوع s ………………………………………………..79
نمودار ( ۴-۳) ابرجریان وابسته به زاویه در دو جهت x و y در جفت شدگی نوع s ………………………………80
نمودار ( ۴-۴) نمودارهای جریانهای بحرانی در دو جهت x و y در جفت شدگی نوع s ……………………….81
شکل ( ۴-۳) نمایی از اتصال S/I/S در پایه گرافن با جفت شدگی نوع d ……………………………………………82
نمودار ( ۴-۵) نمودارهای سطوح انرژی آندریف در جفت شدگی نوع d ………………………………………………88
نمودار ( ۴-۶) نمودار جریان جوزفسون بر حسب اختلاف فاز در جفت شدگی نوع d ………………………….90
نمودار (۴-۷) نمودار جریان جوزفسون بحرانی بر حسب شدت سد در جفت شدگی نوع d ………………..90
چکیده
گرافن بدلیل داشتن ویژگی های منحصر بفرد در سالهای اخیر موضوع مهم تحقیقات قرار گرفته است. چنین خصوصیاتی این ماده را بعنوان نامزدی برای کاربرد در کارهای آتی در الکترونیک مطرح می کند. گرافن اولین مثال از یک بلور دو بعدی واقعی است و این ماده پل جدیدی بین فیزیک ماده چگال و نظریه میدان های کوانتومی است. تک لایه گرافن بصورت نیمه رسانا بدون گاف انرژی و طیف انرژی خطی، دستگاه دو بعدی از فرمیونهای دیراک بدون جرم است که در فهم خصوصیات غیر عادی الکترونی بسیار مهم است. گرافن با بهره گرفتن از اثر مجاورت دارای خاصیت ابررسانایی می شود و انواع پتانسیل های جفت شدگی به این ماده القا می شود. در گرافن تحت کشش، فرمیونهای باردار مانند ذررات نسبیتی بدون جرم و نامتقارن رفتار می کنند و سرعت فرمیونهای بدون جرم به جهت حرکت آنها وابسته می شود. در این تحقیق می توان به مطالعه اثر جوزفسون در پیوندهایی با پایه گرافن تحت کشش با بهره گرفتن از فرمالیسم نسبیتی ابررسانایی (معادله دیراک-باگالیوباف-دی جنیس) پرداخت و بدنبال بدست آوردن طیف انرژی در گرافن هستیم برای زمانیکه کشش به گرافن اعمال می شود. جریان جوزفسون در پیوند دو اتصالی ابر رسانا/عایق/ابررسانا ( S/I/S) با پایه گرافن کش دار را بررسی می کنیم، بطوریکه تقارن جفت شدگی ابر رسانا نوع d در نظر گرفته شده است. با بهره گرفتن از توابع موج نواحی عایق و ابررسانا، طیف انرژی آندریف و جریانهای جوزفسون محاسبه و رسم شده و اثر گرافن کش دار در این ساختار با تغییراتی نسبت به ابررسانای نوع s مشاهده شده است. جریان جوزفسون ناشی از تونل زنی جفتهای کوپر از میان لایه ای است که بین دو اتصال ابررسانا قرار دارد. فرمیونهای ویل – دیراک در گرافن با اتصالات S/I/S (SG گرافن ابررسانایی و I عایق می باشد) در معرض کشش های نامتقارن قوی قرار می گیرند و اثر تغییر متقارن این فرمیونهای تحت کشش برروی ابرجریان مورد مطالعه قرار گرفته می شود.
کلمات کلیدی: جریان جوزفسون - گرافن - ابررسانایی – کشش
مقدمه
در سال های اخیر، تحقیقات گسترده ای در زمینه ی سیستم های نانوساختار انجام شده است. به خصوص با کوچکتر شدن اجزای تشکیل دهنده ی قطعات الکترونیکی، بررسی نانوساختارها اهمیت زیادی در علوم وصنعت پیدا کرده است. از میان انبوهی از نانوساختارها که هر کدام توان بالایی برای استفاده در سیستم های نانو دارند، ساختارهای گرافنی از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخوردارند که به دلیل ابعاد بسیار کوچک و خواص الکتریکی جالب و منحصر به فردشان، به عنوان یکی از اجزای اصلی قطعات نانوالکترونیکی مدنظر قرار گرفته اند.
گرافن تک لایه ای از اتم های کربن است، که در یک شبکه شش گوشی منظم شده اند. اتم های کربن با پیوند کوالانسی به یکدیگر پیوند می خورند و یک الکترون از هر اتم کربن باقی می ماند که پیوند برقرار نمی کند. طبیعت دو بعدی گرافن منجر به بسیاری از ویژگی های جالب الاستیکی، گرمایی و الکترونیکی می شود. به عنوان مثال ، یکی از این ویژگی ها آن است که گرافن در دمای اتاق نیز اثر کوانتومی هال را نشان می دهد]۱[. همچنین طول واهلش اسپین، به طور منحصر به فردی بالا بوده و به نزدیک ۱٫۵ میکرومتر می رسد و این امر گرافن را برای کاربردهای اسپینترونیکی بسیار مناسب می سازد]۲[. به این ترتیب کشف گرافن به علت ویژگی های الکترونیکی عالی و پایداری مکانیکی و شیمیایی، شاخه الکترونیک را دگرگون ساخته و راه نوینی را به سوی وسایل الکترونیکی فوق سریع و سنسورهای شیمیایی و زیستی گشوده است]۳[.
امروزه الکترونیک آلی^[۱] شاخه ای جذاب و در حال رشد برای علم و صنعت محسوب می شود. دراین میان، یک خانواده مهم از مواد آلی شامل آلوتروپ های^[۲] کربن است. آلوتروپ های کربن ساختارهای تعریف شده ای شامل اتم های کربن هستند. الماس و گرافیت را می توان شناخته شده ترین اعضای این خانواده دانست. گرافیت طبیعی بیش از چهار صد سال پیش کشف گردید و از آن برای نوشتن استفاده می شد. با این وجود این ماده از قرن بیستم به علت رسانایی بالا، تولید ارزان و وزن کم به صنعت راه یافت]۴[. گرافیت یک ساختار لایه ای، شامل لایه های دو بعدی از اتم های کربن است که به صورت شبکه های شش گوشی قرار گرفته اند. فاصله این لایه ها nm 3/0است]۵[. اگرچه پیوندها در صفحات دو بعدی کووالانسی و قوی هستند، در جهت عمود بر صفحات شاهد پیوندهای ضعیف واندروالسی هستیم. لذا گرافیت رسانای خوبی به شمار می رود. برخلاف گرافیت، در الماس، همه پیوند ها کووالانسی است و در نتیجه هیچ الکترون آزادی وجود ندارد و به همین دلیل رسانایی ضعیف است. همین پیوندها هستند که الماس را به یکی از سخت ترین مواد تبدیل می کنند.
بعدها آلوتروپ های جدیدی از کربن در آزمایشگاه ها تهیه شدند. ابتدا در سال ۱۹۸۰ میلادی، فولرن^[۳] کشف شد که در آن اتم های کربن یک ساختار بسته را تشکیل می دهند. فولرن عمدتا به صورت یک سیستم صفر بعدی رفتار می کند و لذا خواص الکتریکی جالبی دارد. در سال ۱۹۹۰ میلادی نانو لوله های کربنی^[۴] کشف شدند. می توان این ساختار های استوانه ای از اتم های کربن را به عنوان سیستم های یک بعدی در نظر گرفت. کشف فولرن و نانو لوله های کربنی دریچه جدیدی را فراروی الکترونیک بر مبنای کربن گشود. خانواده آلوتروپ های کربن کامل به نظر می رسید و تنها آلوتروپ دو بعدی نداشت. این آلوتروپ دو بعدی، گرافن^[۵] نامیده شد. پس از کشف فولرن و نانو لوله های کربنی، ساختار نواری گرافن با جزئیات بیشتری مورد مطالعه قرار گرفت]۴[، زیرا می توان گرافن را به شکل کره در آورد که فولرن حاصل شود و یا به شکل استوانه ای لوله کرد که نانو لوله های کربنی را نتیجه دهد.
در سال ۲۰۰۴ میلادی نواسلف^[۶] و گایم^[۷] و همکارانشان با جداسازی گرافن در دانشگاه منچستر جامعه علمی را شگفت زده کردند. اساسا علت کشف دیرهنگام گرافن دوچیز بود، اول این که قبل از کشف آن تصور می شد که گرافن ناپایدار است و دوم آن که هیچ ابزار آزمایشگاهی برای نمایش گرافن به ضخامت یک اتم وجود نداشت. دلیل اینکه گرافن بر خلاف پیش بینی های نظری ناپایدار نشد را می توان در ناهمواری های موج گونه ای^[۸] در سطح صفحه گرافن دانست که آن را پایدار می سازند]۶[.
پدیده ابررسانایی که در اوایل قرن بیستم کشف شد شاید اولین پدیده ای باشد که نشان داد قوانین مکانیک کوانتومی می توانند در مقیاس ماکروسکوپی نیز بروز کنند. این پدیده، نمونه بارزی از اشغال ماکروسکوپی حالت کوانتومی منفرد است. به عبارت دیگر خواص غیر عادی (در مقایسه با حالت هنجار) حالت ابررسانایی در نتیجه این امر رخ می دهند. صفر شدن مقاومت نرمال و دیامغناطیس شدن نمونه در حالت ابررسانایی دو مشخصه اصلی این پدیده می باشند. تعداد مقالات چاپ شده در باره پدیده ابررسانایی از اوایل قرن بیستم اکنون بیانگر این است که بی شک یکی از مسائل مهم و مورد علاقه جهان و بویژه علم فیزیک، پدیده ابررسانایی است. تعداد جوایز نوبل که به این موضوع اختصاص یافته در هیچ موضوع دیگری سابقه ندارد.
در سال ۱۹۱۳ میلادی به اونس^[۹] برای کشف ابررسانایی در جیوه، در سال ۱۹۷۲ به باردین^[۱۰]، کوپر^[۱۱] و شریفر^[۱۲] برای ارائه نظریه BCS، در سال ۱۹۷۳ برای ابداع روش تونل زنی در تعیین گاف انرژی به گیاور^[۱۳] و به جوزفسون^[۱۴] برای پیوندگاه جوزفسون و تونل زنی جفت و در سال ۱۹۸۷ به بدنورز^[۱۵] و مولر^[۱۶] برای کشف ابررساناهای دمای بالا.
حتی تصور دست یافتن به چنین تکنولوژیی در دمای اتاق هیجان انگیز است، چون این به معنای رسیدن به مقاومت صفر و دست یابی به شدت جریانها و میدانهای مغناطیسی بسیار بالا در دمای اتاق است که موارد کاربرد بسیاری در علوم و صنایع از جمله خطوط انتقال نیرو، حمل و نقل، پزشکی و ساخت ابرکامپیوترهای قدرتمند و ابرسریع در تکنولوژی آینده دارد. به این معنا انقلاب واقعی در صنعت با کشف پدیده ابررسانایی در دمای اتاق روی خواهد داد. علاوه بر جنبه کاربردی این مواد، فهم عمیقی که پژوهشگران در تلاش برای دستیابی به نظریه ابررسانایی (چه در گذشته برای ابررسانایی متعارف (BCS) و چه در حال برای ابررسانایی دمای بالا) از سیستم های شامل میلیاردها ذره با همبستگی شدید کسب کردند و شاید در تاریخ علم فیزیک ماده چگال بی سابقه باشد. مشکل اساسی در ابررسانایی متعارف، پایین بودن دمای گذار ابررسانایی، T_c در حدود دمای هلیم مایع بود که با پیشرفت های اخیر این دما با کشف سرامیک های ابررسانایی دمای بالا به حدود k 100 (k 135) در ترکیبی از جیوه، که تحت فشارهای خیلی بالا برای این ترکیب اکسید مس جیوه دمای گذار حدود k 165 نیز گزارش شده است) افزایش یافته و آینده روشنی را پیش رو می گذارد]۷[.
در سال ۱۹۰۸ اونس با مایع کردن گاز هلیوم، فیزیک دماهای پایین را بنیان نهاد، او روی اثر دماهای خیلی پایین بر خواص فلزات مطالعه کرد. سه سال بعد او مشاهده کرد که در دمای k 18/4 و کمتر از آن مقاومت الکتریکی جیوه صفر می شود. با این کشف، مبحث ابررسانایی متولد شد. اونس دو سال بعد مشاهده کرد که با اعمال یک میدان مغناطیسی نسبتا قوی می توان جسم را از حالت ابررسانایی خارج کرد.
قبل از سال ۱۹۱۱، حذف مقاومت الکتریکی حتی در بهترین رساناها امکان پذیر نبود، در این سال با کشف پدیده ابررسانایی گونه ای جدید از رساناها تولد یافتند که ابررسانا نامیده می شود.
در سال ۱۹۱۵، حالت ابررسانش عنصر سرب در دمای k 2/7 مشاهده شد. در سال ۱۹۳۰ گینزبرگ^[۱۷] و کیژنیت^[۱۸] دمای بحرانی k 2/9 را برای عنصر نئوبیوم گزارش کردند. اثر مایسنر – اوکسنفلد ^[۱۹] در سال ۱۹۳۲ با مشاهده طرد خطوط شار مغناطیسی از داخل یک کره ابررسانا کشف شد. اثر مایسنر باعث شد تا برادران لندن (فریتز و هاینز^[۲۰]) معادلاتی را پیشنهاد دهند که بر اساس آن می توان این اثر و میزان نفوذ خطوط شار به داخل یک ماده ابررسانا را پیش بینی کرد. پیشرفت نظریه بعدی در سال ۱۹۵۰ توسط گینزبرگ و لاندائو^[۲۱] صورت گرفت. آنها پدیده ابررسانایی را با یک پارامتر نظم توجیه کردند و توانستند معادلات لندن را از این نظریه خود استخراج کنند. در همان سال فروهلیخ^[۲۲] نظریه ای ارائه کرد که براساس آن پیش بینی می شد دمای گذار با افزایش جرم متوسط ایزوتوپی کاهش یابد. این اثر که به اثر ایزوتوپی معروف است در همان سال به صورت تجربی تایید شد. اثر ایزوتوپی زمینه ابررسانایی بر پایه ساز وکار بر هم کنش الکترون – فونون را فراهم آورد.
یک نظریه قابل فهم در توجیه طبیعت ابررسانایی، نظریه میکروسکوپی BCS است. که در سال ۱۹۵۷ ارائه شده است. در این نظریه فرض می شود که زوج هایی از ابرالکترونها که عامل ابرجریان هستند تشکیل می شود و یک گاف انرژی بین حالتهابی برانگیخته و پایه ایجاد می شود. نتایج نظریه برادران لندن و گینزبرگ و لاندائو نیز با این نظریه در تطابق است. نظریه BCS قادر است ساز وکار ابررسانایی در ابررساناهای نوع I را توجیه کند ولی از توجیه کامل خاصیت ابررسانایی در ابررساناهای نوع II عاجز است ]۸[.
پیوندهای جوزفسون در سال ۱۹۶۲ توسط برایان دیوید جوزفسون^[۲۳] تهیه شد. یک پیوند جوزفسون از دو لایه ابررسانا که توسط یک لایه نازک عایق از هم جدا شده اند، الکترونها توانایی عبور از سد عایق را داشته و در نتیجه یک ابرجریان ایجاد می شود.پیوندهای جوزفسون می توانند به عنوان کلیدهای قطع و وصل کلیدخوانی که بر اساس تغییر در مقدار جریان کار می کنند مورد استفاده قرار گیرند.اگر جریان به مقداری بیش از یک مقدار آستانه افزایش یابد، ولتاژ دوسر پیوند سریعا از صفر به مقداری معین تغییر پیدا می کند. اتلاف انرژی در یک پیوند جوزفسون در حدود یک هزارم اندازه مربوط به ترانزیستورهای معمولی است، علاوه براین، عمل کلیدزنی در آنها بسیار بیشتر از ترانزیستورهاست که این مقدار کمتر از ۲ پیکو ثانیه است (یک پیکو ثانیه،یک بیلیونیوم ثانیه است).با توجه به قابلیت‌های بالای چنین قطعاتی از آنها می توان در ساخت وسایل الکترونیکی با سرعت های بالا نظیر رایانه و سیستم های مخابراتی استفاده کرد.
در خاصیت تونل زنی و اثر جوزفسون اگر دو ابررسانا را خیلی به هم نزدیک کنیم، مقداری از جریان یکی به دیگری نشت می کند. در دو سر این تونل یا هیچ ولتاژی وجود ندارد. یعنی میزان جریان نشتی به ولتاژ بستگی ندارد ولی میدان مغناطیسی و تابش مغناطیسی حتی در مقادیر خیلی کوچک به شدت وابسته است. عملکرد ابررسانا در این زمینه تا حدودی شبیه دیودهای نیمه هادی است که به جای اتصال دو نوع نیمه هادی نوع n و p به یکدیگر، دو ابر رسانا با لایه نازکی از عایق اتصال داده می شوند. اتصال جوزفسون کاربردهای زیادی در تکنولوژی ساخت دستگاه های اندازه گیری دارد. و همانطور که گفته شد نوعی کلیدزنی بسیار سریع است و کلیدزنی ولتاژ را تقریبا ۱۰ برابر سریعتر از مدارهای نیمه رسانای متداول انجام می دهد که مزیتی ممتاز برای استفاده در کامپیوتر ها می باشد. از آنجایی که سرعت کامپیوتر وابسته به انتقال پالس از تجهیزات است، سرعت بالای سویچینگ باعث بالا رفتن سرعت کامپیوتر و کوچک شدن حجم کامپیوتر خواهد شد. به علاوه اثر جوزفسون منجر به سرعت و حساسیت بی نظیر ادوات الکتریکی همچون پیوند جوزفسون و ادوات تداخل کوانتوم ابررسانایی^[۲۴] که برای اندازه گیری های مغناطیسی فوق العاده حساس در زمینه ژئوفیزیک، شیمی تجزیه و داروسازی استفاده می شود]۹[.
در این تحقیق اثر جوزفسون در اتصالات پایه گرافن کش دار بررسی می گردد که اتصال مورد نظر ابررسانا - عایق - ابررسانا می باشد. معادله دیراک – باگالیوباف – دی جنیس معادله حاکم بر اتصالات گرافن – ابررسانا و پدیده های مرتبط با آن می باشد که چارچوبی نسبیتی برای تئوری میکروسکوپی ابررسانایی است. اگرچه ابررسانایی ذاتا در گرافن آشکار نمی شود ولی این خاصیت را می توان بواسطه اثر مجاورت با قرار دادن یک الکترود ابررسانا برروی یک پایه گرافن القا کرد. با القای خاصیت ابررسانایی در گرافن سری جدید مطالعات برروی پدیده های مختلف از جمله جریان جوزفسون و اثر آن در اتصالات مختلف که بر پایه گرافن می باشد، آغاز شد و همچنین جفت شدگی های مختلف نیز در گرافن القا می شود]۱۰[. اخیرا خواص الکترونیکی سیستم گرافن تغییر شکل یافته مورد توجه بوده است که با قرار دادن گرافن تحت کشش و تغییر نقطه دیراک وابسته به ذره در ناحیه کشش، یک پتانسیل برداری وابسته به ذره و عمود بر جهت کشش القا می شود که این خود موجب قطبی شدن ذره می گردد که یکی از خواص مهم الکترونیکی ذره ای است]۱۱[. در این پژوهش، پس از توصیف کلی گرافن، ابررسانایی، اثر جوزفسون ودر نهایت گرافن کش دار و تاثیر سرعت نامتقارن فرمیونهای بدون جرم در آن، برروی جریان جوزفسون، اتصالات ابررسانای پایه گرافن بررسی خواهد شد و جریان جوزفسون و نمودارهای مربوط به آن مورد بررسی و بحث قرار خواهد گرفت.
فصل اول: مروری بر گرافن
۱-۱- نانوفناوری
برای درک بهتر اشیاء و فضاها از ابعاد متفاوت و گوناگونی که متناسب با آن فضاست استفاده می کنیم. اگر با دقت در ساختار اتمی مواد و طرز قرارگیری اتم ها بنگریم متوجه خواهیم شد که قطر چند اتم از یک ماده فقط چند میلیاردم متر است. بنابراین بهتر است برای درک بهتر ابعاد اتم ها از مقیاس مناسب تری که همان نانومتر است استفاده کنیم. یک نانومتر یک میلیاردم متر است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. کوچکترین IC امروزی با ابعادی در حدود ۲۵۰ نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم، حدود یک میلیون اتم را دربر دارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه ای حدود ۱۰ نانومتر، هزار برابر کوچکتر از یک موی انسان است.
علم بررسی و تحقیق تولید مولکولی یا ساخت اشیاء بصورت اتم به اتم یا مولکول به مولکول را نانوفناوری گویند. بنابراین فناوری نانو درباره ساخت ابزارهای نوین مولکولی منحصربفرد با بکارگیری خواص شیمیایی کاملا شناخته شده اتم ها و مولکولها (نحوه پیوند اتم ها به یکدیگر) صحبت می کند. مهارت اصلی این تکنولوژی دستکاری اتم ها بطور جداگانه و جای دادن دقیق آنها در مکانی است که برای رسیدن به ساختار دلخواه و ایده آل مورد نظر می باشد. بنابراین کار با اتم ها و مولکولها نیازمند استفاده از ابزارها و وسایل در مقیاس اتمی و مولکولی (نانومتر) می باشد.
در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست، بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و … تغییر می یابد. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر بیان نماییم، می توانیم وجود ” عناصر پایه “را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند که عبارتند از نانو ذرات، نانو لوله های کربنی، نانوکپسولها. اولین و مهمترین عنصر پایه، نانو ذره است. نانو ذره ذراتی با ابعادی در حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر و در هر سه بعد می باشد.
۱-۲- اهمیت نانو ابعاد
برای کنترل و دستکاری نانو ساختارها^[۲۵]، امکان بهره برداری از خصوصیات فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی سیستم هایی که دارای ابعادی میان تک اتم ها، مولکولها و مواد حجیم هستند را فراهم می آوریم. سئوال این است که چرا از ابعاد نانومتری استفاده می کنیم و اهمیت نانو ابعاد در چیست؟ بعضی از دلایل اهمیت نانو ابعاد عیارتند از:
۱) خصوصیات مواد در اندازه های نانومتری دستخوش تغییراتی می شود. با طراحی مواد نانومتری، تغییر در خصوصیات ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک ماده مانند رنگ، خواص مغناطیسی، دمای ذوب و … بدون تغییر ترکیبات شیمیایی آن ممکن می شود.
۲) خصوصیات کلیدی مواد بیولوژیکی و زنده، سازماندهی منظم آنها در ابعاد نانومتری است. توسعه در زمینه نانوتکنولوژی به ما اجازه خواهد داد که چیزهای نانوابعادی ساخت بشر را در داخل سلولهای زنده قرار دهیم. همچنین این کار باعث خواهد شد که با بهره گرفتن از خودچینی طبیعت ( تکثیر خودبخودی و منظم مواد بدون دخالت انسان) بتوانیم مواد جدیدی بسازیم. این کار باعث ایجاد ترکیبات بیولوژیکی با علم مواد خواهد شد.
۳) ترکیبات نانومتری دارای نسبت سطح به حج بسیار زیادی هستند. چون حجم کمی دارند اما سطح زیادی را پوشش می دهند، استفاده از آنها در مواد کامپوزیتی، دارورسانی در بدن و ذخیره انرژی به شکل شیمیایی (مانند گاز طبیعی و هیدروژن) بسیار ایده آل خواهد بود.