Метод и устройство управления потоком ионов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента МЕТОД И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ИОНОВ Метод управления потоком ионов заключается в том, что поток ионов подают во входящее отверстие закрепленного конца, как минимум, одной нанотрубки, которую изначально снабжают свойством магнита или напыляют слой, оболочку, имеющую собственный постоянный магнит с полюсами N-CEBEP-S-ЮГ, которые располагают вдоль тела нанотрубки, которую при этом укрепляют крепительным элементом, при этом свободный конец гибкой нанотрубки, несущей внутри своей полости этот поток ионов, физически перемещают в пространстве по области движения, при этом направляют и останавливают ее выходным отверстием свободного конца нанотрубки в заранее заданную точку области движения, для этого подают электрическое напряжение с элементов электронного управления на электромагнитные катушки отклоняющей системы, которыми воздействуют на магнит, чем и отклоняют свободный конец нанотрубки с выходным отверстием и, как результат, управляют ионным потоком, при этом целенаправленно посылают введенные ионы в любую заданную точку, находящуюся в области движения свободного конца нанотрубки, при этом нанотрубка - это, как минимум, одна полая углеродная или белковая трубка наноразмеров, которая имеет один или несколько слоев, оболочек с различными свойствами. Устройство для реализации вышеописанного метода включает в себя поток ионов, гибкую нанотрубку, крепительный элемент нанотрубки, закрепленный конец нанотрубки, свободный конец нанотрубки вдоль тела, несущий магнит N-CEBEP-S-ЮГ, вход,ввод в отверстие закрепленного конца нанотрубки, выход, вывод из отверстия свободного конца нанотрубки, электрическое напряжение, как минимум, один электромагнит-катушка с сердечником,управляющее электрическое напряжение, подаваемое на катушку, подложка, рабочий стол. 015720 Техническая область Метод и устройство управления потоком ионов принадлежат к области наномеханики, промышленного нанотехнологического производства, в частности наноэлектроники. Технический уровень Известны метод и устройства, несущие поток ионов, при помощи которых направление потока в нужную точку производят вручную или механически. Неподвижно зафиксированным транспортным крючком для переноса ионов микроиглы цепляют одиночный ион, частицу и перемещают вместе с жестко установленным концом устройства в соответствующую точку в границах области возможного движения. Известны, например, в частности наноиглы. Известное решение управления потоком ионов, устройства которых в эксплуатации малоэффективны, обладают примитивной и громоздкой конструкцией, трудоемкие в использовании, дороги в себестоимости, малонадежны, обладают ограниченными возможностями, в том числе медленны и неточны. Цель изобретения Целью настоящего изобретения является расширение возможностей известных методов управления ионным потоком и устройств их осуществления, создание новых возможностей моделирования материалов с новыми свойствами, повышение эффективности, скорости, качества, надежности наноразмерного моделирования, уменьшение себестоимости и повышение эффективности в принципе. Для достижения указанной цели при перемещении и моделировании ионов отказались от использования наноигл и от управляемой передвижной рабочей поверхности. Вместо этого авторы предложили направить поток ионов в нужную точку моделирования вместе с выходным отверстием иононесущего канала свободного конца полой нанотрубки. Эта техническая задача решается настоящим изобретением, сущность которого принципиально представляет собой управление потоком ионов следующим образом: ионы вводят во входное отверстие,внутрь гибкой нанотрубки, при этом выходное отверстие свободного конца гибкой нанотрубки физически перемещают действующими исполнительными элементами в границах области движения свободного конца и изнутри нанотрубки выводят ионы в любую заданую точку. Для этого в качестве исполнительных элементов используют действующие средства управления и отклонения, при этом отклоняют и перемещают выходное отверстие свободного конца гибкой нанотрубки, как минимум, в одном направлении или, при необходимости, перемещают в трех измерениях по осям системы координат XYZ и при этом выходное отверстие свободного конца гибкой нанотрубки отклоняют и перемещают несколькими видами системы отклонения, в частности, с применением электромагнитных средств отклонения. Таким образом, технический результат достигается посредством ввода ионного потока в закрепленный конец нанотрубки и управления свободным концом гибкой нанотрубки, при этом пространственное отклонение ее выходящего отверстия в физическом пространстве с помощью отклоняющих элементов системы электромагнитного отклонения, в частности, представляют собой электромагниты. Таким образом, устройство осуществления метода содержит отклоняющую систему, состоящую из одного или нескольких пар электромагнитов. Электромагниты успешно применяют в настоящем изобретении для достижения технического результата и эффективно выполняют свои задачи в отдельно для него поставленных целях и условиях, и поэтому они представляют собой самостоятельно полноценные электромагнитные средства отклоняющей системы, при помощи которых перемещают свободный конец гибкой нанотрубки и, как результат,управляют ионным потоком, выходящим из нее. Нанотрубке придают свойства магнита, при этом магнитное поле N-CEBEP-S-ЮГ распалагают вдоль тела свободного конца гибкой нанотрубки, внутрь ее входного отверстия вводят поток ионов и посылают его в любую заданную точку, расположенную в области движения свободного конца выходного отверстия нанотрубки. Электромагнитная система отклонения представляет собой, в частности, один или несколько электромагнитов, которые состоят из катушки на сердечнике и на которые подают электрическое напряжение, при этом у катушки меняют магнитное поле, которым воздействуют на магнит свободного конца нанотрубки, и целенаправлено отклоняют его в горизонтальной плоскости его свободного движения, в результате чего управляют выходом потока ионов из выходного отверстия свободного конца нанотрубки в определенные точки пространства или входом из этих точек. Для достижения указанной цели при управлении потоком ионов, как видно из вышеописанного, отказались от использования наноигл и от управляемой передвижной рабочей поверхности. Вместо этого поток ионов направляется в нужную точку вместе с выходным отверстием свободного конца гибкой нанотрубки, несущей ионы. При этом свободный конец нанотрубки без физического контакта окружают системой отклонения,включающей в себя один или несколько, в частности по варианту 2, находящихся в горизонтальной плоскости пару вертикальных и пару горизонтальных электромагнитов. Электромагниты должны быть действующими и при этом могут быть любой формы. При этом нанотрубка 2 - это, как минимум, одна полая углеродная или белковая трубка наноразмеров, которая имеет один или несколько слоев, оболочек с различными свойствами, в частности, при ис-1 015720 пользовании трубчатых вирусов в качестве ионовода, их корпус покрывают металлом, создавая, в частности, золотую оболочку. При этом также нанотрубка 2 - это, как минимум, одна колоссальная углеродная нанотрубка с гигантским диаметром от 40 до 150 мкм. При этом корпус картриджа K технологически открыт любым действующим способом для вхождения внутрь его лазерного луча L1 из лазерного илучателя L для испарения ионного материала IM, расположенного внутри катриджа K, как минимум, по одному от каждого L, L1, IM. При этом корпус картриджа K технологически открыт для введения и закрепления внутри него любым действующим способом, как минимум, одной нанотрубки 2. Перечень чертежей На фиг. 1 приведена принципиальная конструкция устройства для осуществления сущности изобретения; на фиг. 2 - схема лазерного испарителя; на фиг. 3 - вариант 2 электромагнитной системы отклонения устройства управления ионным потоком с; на фиг. 4 - схема соединения крепительного элемента нанотрубки и картриджа; на фиг. 5 - схема взаимодействия элементов конструкции устройства с электромагнитной системой отклонения; на фиг. 6 - схема узла взаимодействия электрического напряжения с выходящими из нанотрубки ионами для преобразования их в атомы при электромагнитной системе отклонения; на фиг. 7 - схема устройства управления потоком ионов в совокупности с системой перемещения всей конструкции по оси Z относительно подложки; на фиг. 8 - схема устройства управления потоком ионов как элемента конструкции поворотного станка карусельного типа. Пример осуществления изобретения Метод управления потоком ионов осуществляют (фиг. 1) следующим образом: поток ионов 1 вводят внутрь во входное отверстие 5 В закрепленного крепительным элементом 4 конца 5 А гибкой полой нанотрубки 2, при этом выходное отверстие 5 в свободного конца 5 а гибкой нанотрубки 2 физически перемещают действующими исполнительными элементами, как минимум, в одном, в частности в трех, измерениях по осям системы координат XYZ, в границах области движения свободного конца и изнутри нанотрубки целенаправлено выводят поток ионов в любую заданную точку области движения. Метод управления потоком ионов осуществляют устройством, которое работает следующим образом. Лазерный излучатель L лучом лазера L1 испаряет ионный материал IM, закрепленный внутри камеры прозрачного блока-картриджа K, и преобразовывает его в ионное облако Im (фиг. 4, 5). Ионное облако Im разделяется поляризующим электрическим напряжением U1 на отдельные ионы,которые собираются возле поверхностного электрода В. Полярность и величина напряжения U1 зависят от типа ионов. Сила давления ионного облака Im в камере картриджа K вводит ионы испаренного ионного материала IM во входное отверстие 5 В закрепенного конца нанотрубки 5 А, зафиксированного крепительным элементом 4 в нижней части камеры картриджа K. Сила давления также проталкивает ионы по внутренней полости к выходному отверстию 5 в свободного конца нанотрубки 5 а, которая расположена в заданной точке области движения 6 над столом S с подложкой Р. Также нанотрубке 2, в частности как вариант 2 (фиг. 3, А-А), придают свойства магнита,при этом магнитное поле N-CEBEP-S-ЮГ располагают вдоль тела свободного конца полой нанотрубки 5 а, при этом внутрь ее входного отверстия 5 В вводят поток ионов 1 и посылают его в любую заданную точку, расположенную в области движения 6 свободного конца 5 а выходного отверстия 5 в нанотрубки 2,свободный конец 5 а которой без физического контакта окружен электромагнитами (фиг. 5, А-А) 3 А, 3 а,3 В, 3b, которые соединены с элементами управляющего напряжения U3A, U3 а, U3 В, U3b. При этом(фиг. 5, А-А) эти изменяющиеся напряжения U3A, U3 а, U3 В, U3b меняют магнитное поле катушек электромагнитов 3 А, 3 а, 3 В, 3b, которым воздействуют на магнит N-CEBEP-S-ЮГ на свободном конце 5 а нанотрубки 2 и отклоняют ее свободный конец 5 а, физически перемещая его выходное отверстие 5 в по пространству в границах области движения 6 свободного конца нанотрубки 5 а. При этом на подложку Р наносят рабочий материал Im, ионны которого при необходимости преобразовывают в атомы ImA, для этого воздействуют (фиг. 6) на ионы электрическим напряжением U2, при этом полярность и величина напряжения U2 зависит от типа ионов и требований поставленой задачи, таким образом, управляют потоком ионов Im или потоком атомов ImA, который выводят из выходного отверстия свободного конца гибкой нанотрубки, и целенаправлено (фиг. 7) моделируют модель, при необходимости, послойно в трех измерениях по осям системы координат XYZ, перемещают (фиг. 7 см l, l1) вверх-вниз или по плоскости расставляют (фиг. 7 см l2) на подложке Р, которую располагают на металлическом столе S, который как элемент может входить в конструкции поворотного станка карусельного типа (фиг. 8).-2 015720 При этом полярность и величина напряжения U2 зависит от типа ионов. При этом полярность электрических напряжений U1, U2, U3 на устройстве определяется ионным материалом IM в зависимости от того, что наносят на подложку - анионы или катионы. При этом, при необходимости, моделируют сложносоставную модель в трех измерениях по осям системы координат XYZ, для этого, в частности, могут использовать поворотные многоярусные станки карусельного типа (фиг. 8), содержащие повортный подъемный ярус 7, направляющие движения по осиZ подъемного яруса 8, поворотный фиксированный ярус 9, электромотор 10, высокоточный червячный шестереночный механизм 11. При их помощи выбирают необходимый картридж, который спускают-поднимают, и слоями вставляют неоходимые ионы в моделируемый объект, основание которого располагают на подложке Р, которую устанавливают на металлическом столе S, которые используются в виде станины для многоярусных вращающихся картриджей. В итоге, как результат, достигают управления ионным потоком в трехмерном направлении. Устройство управления потоком ионов содержит (фиг. 5) картридж K, лазерный излучатель L, луч излучателя L1, ионный материал IM, облако ионов Im, поляризующее напряжение U1, поверхностный электрод В, поток ионнов 1, нанотрубку с постоянным электрическим зарядом, напряжением 2, крепительный элемент нанотрубки 4, закрепленный конец нанотрубки 5 А, свободный конец нанотрубки 5 а,несуший магнит N-CEBEP-S-ЮГ, вход, ввод в отверстие закрепленного конца нанотрубки 5 В, выход,вывод из отверстия свободного конца нанотрубки 5 в, переменное электрическое напряжение U2, управляющее электрическое напряжение U3A, U3 а, U3 В, U3b, элементы электромагнитной отклоняющей системы (фиг. 5), в частности электромагниты 3 А, 3 а, 3 В, 3b, и (фиг. 7) 10, 11, перемещяющие отверстие свободного конца нанотрубки 5 в по осям XYZ, подложка Р для моделирования, нанесения ионов, рабочий стол S. В итоге, как эффективный результат, в частности происходят следующие процессы: нанесение атомов ионного материала в результате физического распыления и взаимодействия ионов с материалом подложки; интегрирование различных материалов в одну структуру; конструирование нового материала путем последовательного формирования структуры из ионов необходимого материала. В частности, в рамках рассматриваемого примера устройства после нанесения на подложку атомов ионного материала и расставив при этом их в нужных местах производится смена картриджа и к ранее установленным атомам расставляют по нужным местам атомы уже другого ионного материала. Количество картриджей при этом варианте устройства зависит от физического состава материалов конструируемого изделия. Таким образом, авторы предлагают новый метод управления потоком ионов, который осуществляется путем отклонения перемещения пространственной позиции свободного конца гибкой нанотрубки,которая несет поток ионов. Данный метод управления потоком ионов и устройство его осуществления, являющиеся объектом данного изобретения, могут быть промышленно использованы в наноэлектронике, на химическом производстве, в медицине, в военной технике, в фотографии и прочих областях физики и химии. Для метода управления ионным потоком применяется любая известная нанотрубка, в частности наноконус, или другая белковая или углеродная каркасная структура. Вместо уже известных методов управления потоком ионов и связанных с такими методами устройств данное изобретение позволяет использовать новый, более простой метод и новые устройства эффективно упрощенной конструкции, с меньшей потребностью в дорогостоящих материалах, меньшей себестоимости, эффективно обладающие большей скоростью работы, продуктивностью и большей точностью. Использование данного изобретения, например, в наноэлектронике позволяет создавать многоэтажным объемным способом архитектурную ионную структуру послойно создаваемого объекта любой сложности свойств, в частности наноразмерные объмные ячейки компьютерной памяти, наноразмерные радиолампы, и что наиболее важно, подключить к процессу создания нанообъектов программное обеспечение. Доступность к построению ионной структуры в 3-х измерениях открывает новые возможности для исследователей и технологов. Материаловеды теперь могут моделировать не только по поверхности, но формировать также морфологию многослойных структур. С помощью данного изобретения технолог может моделировать послойно объект, при желании послойно изменяя его свойства. Таким образом, данное изобретение является идеальным средством для ионной имплантации, моделирования структурных свойств поликристаллических объектов и установления соответствия их строения с заданными теоретическими моделями. Этот метод и устройство управления ионным потоком открывает новые возможности в различных промышленных областях, где для дальнейшего прогресса требуется создание 3-мерных структур или функциональных блоков с нанометровыми размерами.-3 015720 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ управления потоком ионов, в котором поток ионов вводят внутрь во входное отверстие закрепленного крепежным элементом неподвижного конца гибкой нанотрубки, свободный конец которой обладает свойствами магнита, воздействуют на свободный конец нанотрубки электромагнитными полями таким образом, что выходное отверстие свободного конца гибкой нанотрубки физически отклоняется, перемещается в пространстве по меньшей мере в одном направлении в границах области движения свободного конца, при этом изменяется пространственная позиция выходного отверстия свободного конца нанотрубки, а введенные внутрь нанотрубки ионы выводятся в заранее заданную точку, находящуюся в области движения выходного отверстия свободного конца нанотрубки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна нанотрубка изначально обладает свойствами магнита или имеет напыленный слой в виде оболочки-магнита, причем полюса расположены вдоль нанотрубки, при этом нанотрубка представляет собой полую углеродную или белковую трубку,которая имеет один или несколько слоев в виде оболочек с различными свойствами. 3. Способ по п.1, в котором используют лазерный излучатель для испарения ионного материала, закрепленного внутри камеры прозрачного блока-картриджа для формирования ионного облака, при этом ионное облако разделяют поляризующим электрическим напряжением на отдельные ионы, которые собирают возле поверхностного электрода, а далее под действием силы давления ионного облака в камере картриджа вводят ионы испаренного материала во входное отверстие закрепленного в нижней части камеры картриджа конца нанотрубки и проталкивают ионы по внутренней полости к выходному отверстию, при этом посредством электромагнитных катушек, соединенных с элементами электронного управления, изменяют положение свободного конца нанотрубки и наносят на подложку рабочий ионный материал, ионы которого при необходимости преобразовывают в атомы, при этом полярность и величина электрического напряжения при воздействии им на ионы зависит от типа ионов и требований поставленной задачи, при этом также полярность электрических напряжений на картридже определяют по ионному материалу в зависимости от того, что наносят на подложку - анионы или катионы. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что слоями моделируют модель в трех измерениях по осям системы координат XYZ, для этого используют электромагнитные средства отклонения выходного отверстия свободного конца гибкой нанотрубки, которое перемещают вперед-назад, вправовлево и вверх-вниз, при этом используют поворотные многоярусные станки карусельного типа, содержащие поворотный подъемный ярус, планки-направляющие движения по оси Z подъемного яруса, поворотный фиксированный ярус, электромотор, высокоточный червячный - шестереночный механизм, при этом выбирают необходимый картридж, который спускают-поднимают, выводят и слоями вставляют необходимые ионы в моделируемый объект, основание которого располагают на подложке, которую устанавливают на металлическом столе. 5. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-3, включающее рабочий стол, подложку, гибкую нанотрубку, крепежный элемент, фиксирующий вводное отверстие конца нанотрубки, и магнит, установленный на свободном конце нанотрубки, вдоль нее возле выводного отверстия нанотрубки, а также по меньшей мере один электромагнит в виде катушки с сердечником и средство приложения управляющего электрического напряжения к катушке. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в него включены дополнительно лазерный излучатель,картридж, ионный материал и поверхностный электрод. 7. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что нанотрубка имеет вид наноконуса, нанооболочки или наноспирали и изготовлена из углерода или имеет вид коаксиального нанокабеля, оболочка-изолятор которого представляет собой пленку из оксида металла. 8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что нанотрубка представляет собой полую белковую нанотрубку, такую как трубчатый вирус, оболочка которого покрыта пленкой из оксида металла, состоящей по меньшей мере из одного слоя.