Фуллерен ба нүүрстөрөгчийн наногуурс

            Бүр Демокрит өөрийн ертөнцийн атомт бүтцийн тухай сургаалдаа орчлон хорвоо нь өөр хоорондоо онцгой шинж чанаруудаараа ялгагддаг химийн элементүүд хийгээд тэдгээрийн нэгдэл болох олон тооны “тоосго”-нуудаас тогтдог гэдэгт анхаарлаа хандуулсан байдаг. “Ертөнцийг бүтээгч тоосго” болгоны шинж чанар өөр өөр байдагтай адил тэдгээрийн түүх ч адилхан биш юм. Зэс, төмөр, хүхэр, нүүрстөрөгч зэрэг элементийг балар эрт цагаас мэддэг байсан. Бусад элементийн нас нь дөнгөж хэдхэн зуун жилээр хэмжигддэг хэдий ч тэдгээрийг нээхгүйгээр хүн төрөлхтөн үргэлж ашиглаж ирсэн (жишээ нь, хүчилтөрөгчийг XVIII зуунд л нээсэн). Гуравны нэгийг нь 100-200 жилийн өмнө нээсэн хэдий ч тэдгээр нь одоо л хамгийн чухал болж байна. Түүнд уран, хөнгөн цагаан, бор, литий, бериллий гэх мэт элементүүд хамаарна.

            Үлдсэн дөрөв дэх хэсгийн хувьд намтар түүх нь сая л эхэлж байна...   

            1985 онд Роберт Керл, Гарольд Крото, Ричард Смолл нар огт санамсаргүйгээр зарчмын хувьд нүүрстөрөгчийн шинэ нэгдэл болох судалгааны бүхэл бүтэн давалгааг бий болгосон хосгүй шинж чанартай фуллеренийг нээсэн. 1996 онд тэд фуллеренийг анхалж нээсний төлөө Нобелийн шагнал хүртсэн. Фуллерений молекулын үндэс бол нүүрстөрөгч юм. Энэ элемент ихэнх элементтэй нэгдэж, янз бүрийн найрлага ба бүтэц бүхий молекул үүсгэх чадвараараа гоц ялгардаг. Дунд сургуулийн химийн хичээлээс бид нүүрстөрөгч бал чулуу ба алмаз гэдэг хоёр үндсэн аллотроп төлөвтэй гэдгийг мэднэ. Тэгэхээр фуллеренийг нээснээр нүүрстөрөгч бас нэг аллотроп төлөвтэй болсон гэж хэлж болно. Эхлээд бал чулуу, алмаз, фуллерений молекулын бүтцийг авч үзье.

Өөрөө угсрагдахуй

      Материал сайн чанартай байхын тулд атом ба молекулын түвшинд сайн зохион байгуулагдсан байх ёстой. Ийм өгөгдсөн бүтцийг бүтээх нанотехнологийн аргуудын нэг нь өөрөө-угсрагдах юм.

     Өөрөө угсрагдах нь амьд байгальд өргөн тархсан байдаг. Бүх эдийн бүтэц эсээс өөрөө угсрагдахуйгаар, эсийн өөрийн бүтэц нь тусгаар молекулын өөрөө угсрагдахуйгаар тодорхойлогддог. Байгаль дахь наносистемийн өөрөө угсрагдах механизм нь судлаачдыг зохиомол нанобүтцийг бүтээхийн тулд түүний зарчмуудыг “хуулах” оролдого хийхэд түлхсэн. Тэгэхээр, орчин үед байгалийн ясны эдийг дуурайсан наноматериалыг бэлтгэхэд амжилт олсон. Үүний тулд байгалийн коллагенийн ширхэгтүүдийг дуурайсан ойролцоогоор 8 нм-ийн диаметртэй ширхэгтүүдийн өөрөө угсрагдахыг ашигладаг. Гарган авсан материалд байгалийн ясны эс сайн бэхлэгддэг. Энэ нь түүнийг ясны “шаваас цавуу” мэтээр ашиглах боломжийг өгдөг. Цахилгаан статикаар өөрөө угсрагдахуй ихэд хөгжсөн нь бодит хугацаанд материалыг өөрчлөх бололцоог олгодог. Үүний үндэс нь дотроо нанобөөмүүдтэй материалд өгсөн потенциалын ялгаврыг удирдах явдал юм.

Байгаль дахь наноэффект: гайхамшигт бяцхан савар

            “Урт нь 8-аас 30 см. Толгой нь нилээд өргөн бөгөөд ихэд навтгар, зовхигүй, нарийн завсар мэт хүүхэн хараа бүхий нүдтэй, хүзүү богинохон, бие нь тарган ба навтгар, сүүл нь дундаж урттай, ихэнх хэсгээрээ нилээд хэврэг. Бие нь жижиг товруу ба мөхлөгт хайрсан бүрхүүлтэй. Хуучин ба шинэ тивийн дулаан орнуудад байдаг...” Энэ бол эртнээс эрдэмтдийн анхаарлыг татаж ирсэн, хаана ч яаж ч авирах хосгүй чадвартай, гэм хоргүй гоёмсог бяцхан гүрвэл болох-гекконы тухай өгүүлж буй хэрэг.       

 16-р зураг. Геккон

Геккон зөвхөн эгц ханаар авираад зогсохгүй, тааз буюу цонхны шилээр ч мөн тийм байдлаар төвөггүй явдаг. Удаан хугацааны туршид эрдэмтэд геккон бүр гөлгөр босоо ханаар унахгүйгээр, гулсахгүйгээр гүйдэгийг ойлгож чадахгүй байв. Байгалийн энэ үзэгдлийг тайлбарлахыг олонтаа оролдсон байдаг. Анхандаа амьтны саварт байдаг хосгүй соруурт бүх нууц нь оршдог гэж үзэж байв. Гэвч гекконы савар дээр гүрвэлийг сайтар барьцалдуулдаг сорууртай төстэй зүйл юу ч байдаггүй болохыг тайлбарласан. Гекконы эмгэн хумс янз бүрийн юманд зууралдан наалдамтгай шингэний тусламтайгаар шилний гадаргуу дээгүүр гүйдэг гэсэн таамаглал ч зөвтөөгүй. Наалдамтгай шингэний тохиолдолд шилэн дээр түүний савраас мөр үлдэх байсан; түүгээр ч барахгүй тийм шингэн ялгаруулах ямар ч булчирхай гекконы сарвуунд илрээгүй.

            Энэ үзэгдлийн тайлал олон нийтийг үнэхээр гайхуулсан. Учир нь бяцхан геккон  эцсийн эцэст хөдөлгөөнийхөө үед молекул физикийн хуулиудыг ашигладаг ажээ! Эрдэмтэд гекконы саврыг микроскопоор анхааралтай судалсан. Тэр саврыг хүний үснээс арав дахин бага диаметртэй нарийнхан ширхэгт үсээр бүрхэгдсэн гэж тайлбарласан. Үс болгоны үзүүр дээр сантиметрийг хоёр зуун сая хуваасны хувьтай тэнцэх хэмжээтэй мянга мянган өчүүхэн дэр оршдог. Тэр дэр дороосоо ялтсан эдээр хучигддаг, томруулж өсгөхөд ялтас тус бүр зуу зуун мянган нимгэн үс хэлбэрийн хялгасаар бүрхэгдсэн байх нь харагддаг. Цаашлаад хялгас нь тус бүр нь 200 нм диаметртэй зуу зуун хүрз хэлбэрийн үзүүрүүдэд хуваагддаг.

            Ийм олон зуун сая үсэнцрүүд өчүүхэн гадаргуугийн өө сэвийг тээглүүлэх боломжтой болгодог. Бидний үзлээр, бүр гөлгөр шил гекконд хангалттай тээглэх боломж өгдөг. Энд Ван-дер-Ваальсийн хүчнүүд буюу, өөрөөр хэлбэл, молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч үйлчилдэг байна. Ван-дер-Ваальсийн онол квант механикт суурилдаг. Бодисын молекулууд бага зайд түлхэлцдэг, харин их зайд таталцдаг (АХМ-ийн үндсэн ажиллагаанд ашигласан тэр зарчмаар).

            Геккон гадаргуу дээр савраа буулгах үед нанохялгасийн төгсгөлүүд дээрх хүрзнүүд  босоо хана буюу тааз руу нэн нягт буудаг. Ингэснээр сарвуу хана, таазанд наалдсанаас ялгаагүй болдог. Гэвч геккон арай төдий булчингаа чангалах ба савраа татахад Ван-дер-Ваальсийн хүч алга болж, савар нь гадаргуугаас хялбархан салдаг!

17-р зураг. Гекконы саврын өсгөсөн дүрс    

            Ван-дер-Ваальсийн хүч маш бага, гэсэн ч гекконы хуруун дээрх үснүүдийн байрлал гүрвэлийг тогтоож чадах хангалттай том гадаргуугийн харилцан үйлчлэлийг бий болгох боломж өгдөг. Жишээ нь, гүрвэл өөрийн саврын таван хурууны зөвхөн нэгээр буюу сүүлний үзүүрийн тусламжтайгаар таазаар явж чаддаг. Энэ бүгд судлаачдыг хийсэн нээлтийг ашиглах оролдлого руу өдөөсөн юм. Америкийн iRobot компанийн ажилчид аквариумийн ханаар дээшээ хөдөлдөг роботыг зохион бүтээсэн. Цаашдаа түүнийг зохиомол үсээр хангах, шахалтыг хүчийг нэмэгдүүлэхээр төлөвлөж байна. Хэрвээ роботод гекконийн сүүлийг бэхэлж чадвал тэр хурц ирмэгүүдээр гүйх боломжтой болно. Хэрвээ гүрвэл төстэй роботуудыг бүтээх туршилтууд амжилттай болбол эдгээр механизмыг өндөр барилгын цонхыг угаахаас авахуулаад тэртээх   гаригийн тоост жимээр аялах хүртэлх хамгийн элдэв янзын салбарт ашиглах боломжтой. Энэхүү зарчмыг дахин ашиглах боломжтой, цаашилбал вакуумд ч ашиглах боломжтой скотч төстэй наалдамхай туузыг бэлтгэх үндэс болгож болно (ердийн скотч сансарт ажилладаггүй). Цахилгаан статикийн үндсэн дээр өндөр адгез (наалдамтгай)-ийг хангах ёстой өргөн цараатай үзүүлэлт бүхий “хуурай цавуу” гэж нэрлэгдэх шинэ үеийн туузыг боловсруулахыг зорьж байна.

            Босоо ханан дээр хүнийг бат барьдаг гутал ба бээлийг бүтээж болно. Тэдгээр нь зөвхөн уулчид ба угсрагч нарын төдийгүй, бусад үлдсэн хүмүүсийн ч аж амьдралыг хөнгөвчлөх нь магад.    

Нанотехнологийн төхөөрөмж

            Макро, микро буюу нано түвшинд материалыг боловсруулах аливаа технологи нь харгалзах хэмжигдэхүүнүүдийг хэмжих хэрэгслийг заавал шаарддаг. Олон янзын хэмжилтийн багажийн дотор их бага зайг хэмждэг тусгай багажууд байдаг.

       Тэгэхээр, миллметр (10^-3м)-ийн эрэмбэ хүртэлх бага зайг ердийн шугамын тусламжтайгаар хялбархан хэмждэг. Жишээ нь, шугамаар нягт хатуу цаас (картон)-ны зузааныг төвөггүй хэмжиж болно. Хэрвээ хуудасны тоо олон бол нимгэн хуудас цаасны зузааныг хэмжихэд ч амархан. Зуун хуудсыг багцлан хурааж, шугамаар зузааныг хэмжээд 100-д хуваагаарай. Ийм хэмжилтийн дүнд бид бүх хуудас ав адилхан гэж үзвэл нэг хуудасны зузааныг гарган авна.

            Гэхдээ бага хэмжээсийн хувьд шугам тохирохгүй. Хэрвээ түүгээр үсний зузааныг  хэмжих гэж оролдвол бидний үс маш нарийхан учраас хэмжиж чадахгүй нь илэрхий гэж хэлэх байх. Иймээс цаашлаад улам бага зайг хэмжихийн тулд бүхний сайн мэдэх ийм багаж бол ердийн оптик микроскоп билээ. Оптик микроскопоор 0.25мкм хүртэлх жижиг хэсгийг харж болдог. Оптикийн зарчимаар ажилладаг микроскопийг улам сайжруулах аргууд нанометрийн хэмжээтэй юмсыг харах чадвартай, түүний электрон вариантийг бүтээхэд хүргэсэн. Электрон микроскопоор атомын торыг ялгаж хардаг ч, тэдгээрийн дефектийг илрүүлэх боломжгүй. Харин нанотехнологийн хувьд тусгаар атомуудыг сайн ялгаж харах зорилготой шүү дээ!   

            Ийм учраас тухайн төхөөрөмжүүд бүх боломжоо шавхах үед л эрдэмтэд тавьсан зорилтоо шийдэх шинэ зам хайх болсон. Ингээд ХХ зууны эхэнд бодисын гадаргуугийн судалж буй талбайг өсгөж харалгүйгээр, харин түүнийг тэмтрэх маягаар бодисыг судлах өвөрмөц санаа гарч ирсэн. 1981 онд туннелийн эффект дээр үндэслэсэн анхны тэмтрүүлт туннелийн микроскоп бүтээгдсэн (ТТМ). ТТМ ба туннелийн эффектийг бид дараа дэлгэрэнгүй судлах бөгөөд харин одоо зөвхөн тэдгээрийн ерөнхий мөн чанарыг авч үзье.

            Туннелийн эффект нь сонгодог физик байдлаар адил төстэй зүйлгүй, зарчмын хувьд квант механикийн эффект учраас судлаачдын хувьд асар их сонирхолтой. Энэ нь эгэл бөөмийн бөөмлөг-долгионлог гэсэн хоёрдмол чанар дээр үндэслэдэг. Сонгодог механикийн үүднээс, хэрвээ V₀>E бол, E энергитэй ямарч материаллаг бие V₀ өндөртэй потенциал саадыг давж гарах боломжгүй. Жишээ нь, хэрвээ материаллаг биеийг бөмбөг, потенциал саадыг маш өндөр бетон хашаа гэж үзээд, бөмбөгийг хангалттай бус өндөртэйгээр хашаа руу шидвэл, түүний энерги саадыг давахад хангалтгүй бөгөөд саадыг мөргөж хойшоо ойно. Гэхдээ хэрвээ материаллаг бие болгож электроныг авбал, хэрвээ потенциал саадын өндөр электроны хувийн энергээс их байлаа ч гэсэн, электрон өөрийн энергээ бага зэрэг өөрчлөн саадын нөгөө талд тодорхой магадлалтайгаар гарах боломж бий. Энэ нь “хашаа”-нд ямар нэгэн “нүх” буюу хонгил (туннель) байгаатай адил. Эхлээд харахад тайлбарлаж боломгүй, энэхүү туннелчилэл нь электронд бөөмлөг, долгионлог шинж чанарын аль аль нь байдаг гэдгийн мөрдөлгөө юм. Электроныг E энергитэй сонгодог бөөм гэж төсөөлбөл, тэр нь замдаа саадтай учрахдаа их энергээр давж болох уг саадаас ойх ёстой болно. Гэсэн хэдий ч, электрон бас долгион тул энэ саадыг рентген долгион материаллаг объектыг чөлөөтэй нэвтрэн өнгөрдөгтэй адилаар   нэвтрэн гардаг.

  

7-р зураг. Туннелийн эффект       

               Тийнхүү аливаа дамжуулагч буюу хагас дамжуулагчийн гадаргуу дээр термоэлектрон эмиссийн үр дүнд биш, харин туннелийн эффектээр бодисоос сугаран “гарсан” нилээд тооны чөлөөт электронууд үргэлж ажиглагддаг.

            Хэрвээ хоёр дамжуулагч бодис авч, тэдгээрийг бие биеэс нь 0.5 нм зайд байрлуулан тэдгээрт харьцангуй бага потенциалын ялгавар (0.1-1B) өгвөл тэдгээрийн хооронд туннелийн гүйдэл гэж нэрлэдэг туннелийн эффектээр бий болсон цахилгаан гүйдэл үүсдэг.

            Хэрвээ сонирхож буй биеийн гадаргууд хурц юм ойртуулж тэр туршилтыг нэг адил давтвал, жишээ нь, зузаан нь атомын дайтай үзүүртэй маш нарийн зүүг судалж буй объект дээгүүр явуулбал (гадаргууг нь тэмтрэн) обьктын бүтцийн тухай мэдээллийг атомын түвшинд гарган авч болно.

            1981 онд IBM компанийн ажилтан Г.Биннинг ба Г.Рорер нар энэ үзэгдлийн үндсэн дээр анхны тэмтрүүлт туннелийн микроскоп (ТТМ)-ыг бүтээсэн, 1982 онд түүний тусламжтайгаар түүхэнд анх удаа алтны гадаргуугийн дүрслэлийг гарган авсан ба  харин дараа нь атомын ялгах цахиурын гадаргуугийн зургийг харсан. Энэ нээлтийн төлөө 1985 онд эрдэмтэд Нобелийн шагнал хүртсэн ба тэмтрүүлт микроскопийн цаашдын хөгжил нанотехнологийг хурдацтай хөгжүүлэхэд хүргэсэн.

         

8-р зураг. Монокристалл цахиурын гадаргуугийн ТТМ-ийн дүрслэл

 

            Хувь заяаны егөөдлөөр, ТТМ-ийн асар их боломжуудыг шууд ухаж ойлгож чадаагүй, зарим шинжлэх ухааны-нийтлэг хэвлэлүүд бас Бининг, Рорер нарын бүтээлийн тайлбарыг агуулсан өгүүллийг “хангалттай  сонирхолтой бус” гэдэг үндэслэлээр хэвлэлтэнд авахыг хүсээгүй.

              ТТМ-ийн ажиллагааны эрхтэн болох зондын үүргийг гүйдэл дамжуулагч металл зүү гүйцэтгэдэг. Зондыг судалж буй гадаргуу руу маш бага зай (~0.5нм)-д ойртуулж тэдгээрт  тогтмол хүчдэл өгөхөд дээж зонд хоёрын хоорондох зайнаас экспоненциалаар буурдаг туннелийн гүйдэл үүсдэг. Энэ нь зайг зөвхөн 0,1 нм-ээр нэмэгдүүлэхэд туннелийн гүйдэл бараг 10 дахин буурдаг гэсэн үг. Чухам энэ нь микроскопын өндөр ялгах чадварыг хангадаг, учир нь гадаргуугийн хотгор гүдгэрийн өндрийн яльгүй өөрчлөлт туннелийн гүйдлийн мэдэгдэхүйц өөрчлөлтийг бий болгодог. Ажиглах системийн тусламжтайгаар гүйдэл ба зайг тогтмол барьж, зонд X ба Y тэнхлэгүүдийн дагуу түүн дээгүүр шилжиж, гадаргууг түүний хотгор гүдгэрээс хамааран дээшлэх, доошлох маягаар тэмтэрдэг. Энэ шилжилтийн тухай мэдээллийг  компьютерээр олж тогтоон программаар дүрслэн харуулах бөгөөд үүний үр дүнд судлаач   шаардлагатай ялгах чадвартайгаар харж чадна. 

 

9-р зураг. ТТМ-ийн ажиллагааны схем

            Дээжийг тэмтрэх горимоос хамааран ТТМ-ийн хийцийн хоёр вариант байдаг.

Тогтмол өндөртэй горимд зүүний үзүүр дээж дээгүүр хэвтээ хавтгайд шилждэг, харин туннелийн гүйдэл өөрчлөгддөг (10-р зур. (а)). Гадаргуугийн цэг болгонд хэмжсэн туннелийн гүйдлийн утгын тухай өгөгдлийн үр дүнгээс түүний хотгор гүдгэрийн төрхийг байгуулдаг.

            Тогтмол гүйдлийн горимд ТТМ түүний цэг болгон дахь гадаргуу дээрх тэмтрэх төхөөрөмжийн өндрийг тохируулах замаар туннелийн тогтмол гүйдлийг барихад зориулагдсан буцах холбоосын системийг ажилуулдаг (10-р зур. (б)).

            Горим бүр давуу ба дутагдалтай талууд бий. Тогтмол өндөртэй горим хурдан, яагаад гэвэл системд тэмтрэх төхөөрөмжийн дээш-доошоо шилжилт болдоггүй, гэвч энэ үед зөвхөн харьцангуй гөлгөр дээжээс ашигтай мэдээллийг гарган авч болно. Тогтмол гүйдлийн горимд өндөр нарийвчлалтайгаар нарийн төвөгтэй гадаргууг судалж болно, гэвч үүнд их хугацаа зарцуулдаг.

            Туннелийн тэмтрүүлт микроскопийн чухал эд анги бол нанометрийн мянганы нэг хүртэл нарийвчлалтайгаар гадаргуу дээгүүрх зондны шилжилтийг хангах ёстой механик манипулятор юм. Ердийн механик манипуляторыг пьезокерамик материалаар бэлтгэдэг. Ийм материалын онцлог шинж чанар нь пьезоэффект юм. Үүний мөн чанар нь дараахь зүйлд оршдог: хэрвээ пьезоматериалаас тэгш өнцөгт “тоосго” огтлон авч эсрэг байрлалтай талууд дээр металл электрод суулган, тэдгээрт потенциалын ялгавар өгвөл гүйдлийн үйлчлэлээр тоосгоны геометр хэмжээс өөрчлөгддөг. Нөгөө талаас: тоосгоны бага деформац (шахах)-ийн үед түүний эсрэг байрлалтай төгсгөлүүд дээр потенциалын ялгавар үүсдэг. Тэгэхээр гүйдлийн бага өөрчлөлтийг удирдаж, тэмтрүүлт микроскопийн ажилгаанд шаардагдах маш бага зайд зондийг шилжүүлэх боломжтой.   

10-р зураг. ТТМ-ийн ажиллах горимууд.

                Практик хийцүүдэд ерөнхийдөө хэд хэдэн салангид электродтай нимгэн ханатай хоолойн хэлбэртэй пьезокерамик манипуляторыг ашигладаг. Удирдах хүчдэл зондын шилжилт  огторгуйн гурван X, Y, Z координтааар шилжин явагдах тийм манипуляторын урсалт буюу нугаралыг бий болгодог.    

 

11-р зураг. Пьезоманипуляторын схем

Орчин үеийн манипуляторын хийц нь зондын шилжилтийн диапазоныг хавтгайд 100-200мкм, өндрөөр 5-12мкм хүртэл байхаар хангадаг. 

            Туннелийн микроскоп нь эрдэмтэдэд гадаргууг атомын түвшинд судлах боломжийг өгсөн. Гэсэн хэдий ч энэ багаж хэд хэдэн хязгаарлалттай байдаг. Туннелийн эффект дээр суурилсан энэхүү багаж нь зөвхөн цахилгаан гүйдлийг сайн дамжуулдаг материалыг судалгаанд хэрэглэх боломжтой.

            Гэвч дэвшил нэг байрандаа байгаагүй, тэгээд 1986 онд IBM-ийн цюрихийн салбарын лабораторид дараагийн үе болох атомын хүчний микроскоп (АХМ)-ыг бүтээсэн. АХМ бас атомын нарийвчлалтайгаар гадаргууг судлах боломжийг өгдөг, гэвч заавал цахилгаан дамжуулагч албагүй. Өнөөдөр АХМ судлаачдын сонирхолыг хамгийн их татаж байна. Атомын хүч ба туннелийн микроскопуудын ажиллах зарчмууд бараг адилхан, туннелийнхээс ялгаатай нь атомын хүчний микроскопын ажиллагаа атом хоорондын холбоосын хүчийг ашиглах дээр үндэслэдэг. Хоёр биеийн атомуудын хоорондох бага зай (ойролцоогоор 0,1нм)-д түлхэлцэх хүч үйлчлэх (зур. 12а) ба харин их зайд-таталцах (зур. 12б) хүч үйлчилдэг.      

                                                  12-р зураг. АХМ-ийн ажиллах зарчим

            Тэмтэрдэг атомын хүчний микроскопид тийм биеүүдийн үүргийг судалж буй гадаргуу ба түүн дээгүүр гулсдаг үзүүрүүд гүйцэтгэдэг. АХМ-д зонд болгож алмазан зүү ашигладаг. Гадаргуу ба үзүүрийн хооронд үйлчилж буй F хүч өөрчлөгдөх үед түүнтэй бэхлэгдсэн жижиг пүрш хэлбийж, үүнийг нь мэдрэгчээр бүртгэдэг. Харимхай элемент (жижиг пүрш)-ийн хазайлтийн утга гадаргуугийн хотгор гүдгэрийн тухай мэдээллийг өгдөг.

            Зураг дээр атом хоорондын хүч зүүний үзүүр дээж хоёрын хоорондох зайнаас хамаарах хамаарлын муруйг үзүүлэв.

            Зүү гадаргуу руу ойртохын хирээр түүний атом дээжийн атом руу улам хүчтэйгээр татагддаг. Зүү гадаргуу хоёр тэдгээрийн электрон бүрхүүлүүд нь цахилгаан статикаар түлхэлцэж эхлэхээр нилээд ойртоогүй үед таталцлын хүч өссөөр байдаг. Цаашдаа ойртох тусам цахилгаан статик түлхэлцэл таталцлын хүчийг экспоненциалаар сулруулдаг. Эдгээр хүчнүүд  атомуудын хоорондох 0.2нм зайд тэнцвэрт ордог.

            ТТМ-той төстэйгээр АХМ-д гадаргуугийн тэмтрэлт хоёр аргаар явагдах боломжтой. Үүнд: кантилевер (хөндлөвч, зондоор)-ээр тэмтрэх ба сууриар тэмтрэх. Эхний тохиолдолд кантилевер судалж буй гадаргуугийн дагуу хөдөлдөг, хоёрдугаар тохиолдолд хөдөлгөөнгүй кантилевертэй харьцангуйгаар суурь өөрөө хөдөлдөг. Гадаргуутай зондын харилцан үйлчлэлцэх хүчийг бүртгэхийн тулд зондын үзүүрээс ойсон лазерийн цацрагийн хазайлтыг бүртгэх дээр үндэслэсэн аргыг ашигладаг. Цацраг тусгай хөнгөн цагааны толин үеээр бүрэгдсэн кантилеврийн яг үзүүр рүү чиглэдэг ба түүний дараа тусгай дөрвөн хэсэглэлтэй фотодиод дээр ойж тусдаг. Тэгэхээр, кантилеврийн нэн бага хазайлт фотодиодын хэсэглэлтэй харьцангуй лазерийн цацрагийг шилжихэд хүргэдэг ба тэр нь аливаа кантилеврийн аль зураг шилжиж буйг заагч фотодиодын дохиог өөрчилдөг.   

13-р зураг. Атом хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч үзүүр ба дээжийн хоорондох

зайнаас хамаарах нь

Ийм систем цацрагийн 0,1" өнцөгөөр хазайх хазайлтыг хэмжих боломж өгдөг бөгөөд энэ нь кантилеврийн нанометрийн зууны хувиар хазайхад харгалздаг!

Ийм учраас АХМ дээжийг дамжуулагч байхыг шаардахгүй бөгөөд хагас дамжуулагч, тусгаарлагч, ДНК молекул, бусад зөөлөн материалуудын шинж чанарыг судлах боломжтой.

                            14-р зураг. Лазерийн цацрагийн анхны байрлалаасаа хазайхыг бүртгэх нь.

          Зондын микроскопын цаашдын хөгжилт нь түрүү бидний ярьсан зарчим гадаргуутай зондын зүү харилцан үйлчлэлцэх бараг аливаа бүх хэлбэрийн хувьд хэрэгжиж болохыг  харуулсан. Энэ нь тэмтрүүлт зондын микроскоп (ТЗМ) гэдэг ерөнхий нэр бүхий олон төрлийн микроскопуудыг бүтээхэд хүргэсэн. Өнөөдөр дараахь төрөл зүйлүүдийг мэдэх болсон. Үүнд:
-         туннелийн зонд;
-          атомын хүчний зонд;
-          ойрын орны оптик зонд;
-          соронзон хүчний зонд; 
-          цахилгаан статик хүчний зонд гэх мэт.
ТЗМ-ийн ерөнхий схемийг дараахь байдлаар төсөөлдөг.

                                                  15-р зураг. ТЗМ-ийн ажиллах ерөнхий схем

            Тэмтрүүлт зондын микроскоп болгоны бүтцэд өөрсдийн онцлог шинж байдаг. Гэсэн ч ерөнхий схем нь их бага хэмжээгээр адилхан. Ер нь ТЗМ-ийн бүрэлдхүүнд бүртгэж буй зондын өгөгдлыг хүлээн авдаг, бичдэг, тэдгээрийн үндсэн дээр ТЗМ-ийн дүрсийг байгуулах, микроскопийн цахилгаан механикийн хэсгийн ажиллагааг удирддаг компьютер багтдаг. Түүнээс гадна тусгай программ хангамж судлаачид ажиглагдаж буй гадаргуугийн зургийг шинжлэхэд гарган авсан дүрсүүдтэй хүссэнээрээ ажиллах (маштаблах, эргүүлэх, зүсэлт байгуулах гэх мэт) боломж өгдөг.

            Тэмтрүүлт зондын микроскопын ухаанд бүрэлдэн тогтсон нэр томьёо нь өөр дээрээ англи хэлний гарлын ул мөрийг авч явдаг. Тухайлбал, тэмтэрдэг зүүний үзүүрийг “хошуу”(tip), харин ялтасыг-“кантилевер”(cantilever) гэж нэрлэх нь элбэг.   

            Орчин үед ТЗМ нь нанотехнологийн үндсэн багаж юм. Ихээхэн төгөлдөржүүлж боловсронгуй болгосны ачаар тэдгээр нь зөвхөн судалж буй обьектуудын тополог (геометр шинж чанар)-ийг бус, цахилгаан ба соронзон шинж чанар, хатуулаг, найрлагын нэгэн төрөл гэх мэт бас өөр олон онцлог шинжийг судлах боломжтой болсон. Гэхдээ энэ бүгдийг нанометрийн нарийвчлалтайгаар шүү!

            Янз бүрийн параметрүүдийг тодорхойлохоос гадна орчин үеийн ТЗМ тусгаар атомуудыг атгаж барих, тэдгээрийг өөр байрлал руу зөөх, янз бүрийн юмны гадаргуу шинэ хэрэгцээтэй чанартай болж нэмэгдэхээр дамжуулагчуудыг нэг атомын өргөнтэйгээр атом атомаар угсрах, нанообьектуудыг нарийн төвөгтэйгээр үйлдэх (manipulate) бололцоог олгодог.

            ТТМ-ийн зүүний тусламжтайгаар атомуудтай ажиллах хоёр үндсэн арга байдаг. Үүнд:  хэвтээ ба босоо арга. Босоо аргаар ажиллах үед хэрэгцээтэй атомыг барьж аваад зондийг хэдэн ангстремээр өргөж гадаргуугаас тасалдаг. Гадаргуугаас атом тасарсаныг гүйдлийн үсрэлтээр хянадаг. Атомыг тасалж аваад шилжүүлэн зөөх нь хэвтээ ажиллагааны үе дэх шиг, түүнийг гадаргуугийн дээгүүр “өнхрүүлэх”-ээс  илүү их хүчин чармайлтыг шаарддаг, гэвч дараа нь зөөлтийн процесс гадаргуу дээр тааралдах саад (гишгүүр, нүх, шингээгдсэн атом)-аас үл хамаардаг болох нь ойлгомжтой. Зөөлтийн дараа гадаргуу руу зүүний үзүүрийг ойртуулан, зүүн дээр хүчдэлийг сэлгэн залгаснаар шаардлагатай байрлалд атомыг “түлхэж унагадаг”.

            Өнөөдөр дэлхий дээр олон төрлийн ТЗМ, түүнийг дагалдах хэрэгслийг  хамааралтайгаар үйлдвэрлэж байна. Нэрд гарсан фирмүүд дундаас Digital Instruments, Park Scientific Instruments, Omicron, Topometrix, Burleigh гэх мэтийг цохон нэрлэж болно. Тэдгээрийн үнэ, жишээ нь, ердийн АХМ-ийн хувьд 40 мянган доллараас аваад шийдэж буй бодлогын хүрээ, иж бүрдэлээс хамаарч 100-200 мянган доллар ба түүнээс дээш хүртэлх өргөн мужид хэлбэлздэг. Орост ТЗМ-ийг Нанотехнологи-МДТ, Наноиндустрийн концерн зэрэг фирмүүд үйлдвэрлэн гаргаж байна.

Өөрөө угсрагдахуй

            Материал сайн чанартай байхын тулд атом ба молекулын түвшинд сайн зохион байгуулагдсан байх ёстой. Ийм өгөгдсөн бүтцийг бүтээх нанотехнологийн аргуудын нэг нь өөрөө-угсрагдах юм. 

            Өөрөө угсрагдах нь амьд байгальд өргөн тархсан байдаг. Бүх эдийн бүтэц эсээс өөрөө угсрагдахуйгаар, эсийн өөрийн бүтэц нь тусгаар молекулын өөрөө угсрагдахуйгаар  тодорхойлогддог. Байгаль дахь наносистемийн өөрөө угсрагдах механизм нь судлаачдыг зохиомол нанобүтцийг бүтээхийн тулд түүний зарчмуудыг “хуулах” оролдого хийхэд түлхсэн. Тэгэхээр, орчин үед байгалийн ясны эдийг дуурайсан наноматериалыг бэлтгэхэд амжилт олсон. Үүний тулд байгалийн коллагенийн ширхэгтүүдийг дуурайсан ойролцоогоор 8 нм-ийн диаметртэй ширхэгтүүдийн өөрөө угсрагдахыг ашигладаг. Гарган авсан материалд байгалийн ясны эс сайн бэхлэгддэг. Энэ нь түүнийг ясны “шаваас цавуу” мэтээр ашиглах боломжийг өгдөг. Цахилгаан статикаар өөрөө угсрагдахуй ихэд хөгжсөн нь бодит хугацаанд материалыг өөрчлөх бололцоог олгодог. Үүний үндэс нь дотроо нанобөөмүүдтэй материалд өгсөн потенциалын ялгаврыг удирдах явдал юм.

Нанотехнологийн түүхийн товч лавалгаа

• Нанотехнологийн эцгээр грекийн философич Демократыг тооцож болно. 2400 жилийн өмнө тэр анх удаа бодисын хамгийн жижиг бөөмийг тайлбарлахын тулд “атом” гэдэг үгийг ашигласан.
• 1905 онд Швейцарийн физикч Альберт Эйнштейн сахарын молекулын хэмжээ  ойролцоогоор 1 нанометр болохыг баталсан ажлыг хэвлүүлсэн.
• 1931 онд Немецийн физикч Макс Кнолл ба Эрнст Руска нар анх удаа нанообьектыг судлах боломжыг олгосон электрон микроскопыг бүтээсэн.  
• 1959 онд Америкийн физикч Ричард Фейнман анх удаа миниатюр бичил багаж хэрэгслийн ирээдүйг үнэлсэн ажил хэвлүүлсэн. Нанотехнологийн үндсэн утга санааг Калифорнийн Технологийн Институтэд хэлсэн  өөрийн гайхамшигт “Тээр доор ёроолд их орон зай байна” гэсэн лекцэндээ тэмдэглэсэн байна (“There’s Plenty of Room at the Bottom”). Фейнман шууд атомуудаар юмыг бүтээхэд ямарч саадгүй болохыг физикийн суурь хуулиудын үүднээс шинжлэх ухааны ёсоор баталсан. Тэр үед түүний үг тусгаар атомуудтай ажиллах боломжтой технологи байхгүй байсан гэдэг (өөрөөр хэлбэл, атомыг таних, түүнийг барих, өөр байрлал дээр тавих) зөвхөн ганц шалтгааны улмаас зөгнөл мэт хүмүүст санагдсан. Энэ салбарт хүмүүсийн  сонирхолыг татахын тулд, дашрамд хэлэхэд хэдийнээ 1964 онд биелэлээ олсон, Фейнман номын хуудсыг сүлбээр зүүний толгой дээр анх удаа багтааж бичсэн хүнд 1000$-ын шагнал санал болгосон.
• 1968 онд Америкийн Bell компанийн эрдэм шинжилгээний тасагийн ажилтан Альфред Чо ба Джон Артур нар гадаргуугийн нано-боловсруулалтын онолын үндсийг боловсруулсан.
• 1974 онд Японы физикч Норио Танигучи 1 микроноос бага хэмжээтэй механизмыг нэрлэхээр санал болгоод “нанотехник” гэдэг үгийг шинжлэх ухааны эргэлтэнд оруулсан.
• 1981 онд Германы физикч Герд Биннинг ба Генрих Рорер нар бодист атомын түвшинд үйлчлэх чадвартай тэмтрүүлт туннелийн микроскоп хэмээх багажийг бүтээж, дөрвөн жилийн дараагаар Нобелийн шагнал хүртсэн.
• 1985 онд Америкийн физикч Роберт Керл, Хэрольд Крото, Ричард Смолли нар нэг нанометрийн хэмжээтэй юмыг нарийн хэмжих боломжтой технологийг боловсруулсан.
• 1986 онд дурын материалтай харилцан үйлчлэх боломжтой зөвхөн дамжуулагчтай ажилладаг туннелийн микроскопоос ялгаатай атомын хүчний микроскопыг бүтээсэн.
• 1986 он гэхэд нанотехнологи нь олон нийтэд танил болсон. Америкийн футурологч Эрик Дрекслер удахгүй болох нанотехнологийн эрчимтэй хөгжиж эхлэхийг угтан мэдсэн номоо хэвлүүлсэн.
• 1989 онд IBM компанийн ажилтан Дональд Эйглер ксеноний атомуудаар өөрийн фирмийн нэрийг бичсэн.  
• 1998 онд Голландийн физикч Сеез Деккер нанотранзисторыг бүтээсэн.
• 2000 онд АНУ-ын захиргаа “Нанотехнологийн үндэсний санаачилга”-ыг зарласан (National Nanotechnology Initiative). Тэр үед АНУ-ын холбооны төсвөөс 500 сая доллар гаргасан байв. 2002 онд төсөвлөсөн мөнгөний нийлбэр 604 сая доллар хүртэл нэмэгдсэн. 2003 онд “Бүтээлч санаачилга” 710 сая доллар шаардсан, харин 2004 онд АНУ-ын засгийн газар дөрвөн жилийн хугацаанд энэ салбар дахь шинжлэх ухааны судалгааны санхүүжилтыгг 3.7 тэрбум доллар хүртэл нэмэгдүүлэх шийдвэр гаргасан. Бүхэлдээ 2004 онд нано дахь дэлхийн хөрөнгө оруулалт ойролцоогоор 12 тэрбум долларт хүрээд байв.
• 2006 онд АНУ-ын засгийн газар “National Nanotechnology Initiative”-ын нэг хэсэг болгож “Үндэсний наноанагаах ухааны санаачилга” гэдэг хөтөлбөрийг дэмжсэн.
• Нанотехнологийн эрчимтэй хөгжил нь асар их мэдээллийг шуурхай боловсруулах нийгмийн хэрэгцээнээс бас үүдэлтэй. 

          Орчин үеийн цахиуран чипүүдийг элдэв янзын техникийн арга чаргаар барагцаалбал 2012 он хүртэл багасгах боломжтой. Гэвч нарийн замын өргөн 40-50 нанометрийн хэмжээтэй болоод ирэх үед квант механикийн саад тотгор ихэсдэг. Учир нь электрон туннелийн эффектийн улмаас транзистор дахь шилжилтийг нэвт цохиж эхэлдэг (Энэ нь богино холболт үүслээ гэсэн үг). Цахиурын оронд хэдэн нанометрийн хэмжээтэй төрөл бүрийн нүүрстөрөгчийн нэгдлийг ашигласан наночипүүд үүнээс гарах нэг гарц байж болох юм. Эдүүгээ энэхүү чиглэлд хамгийн эрчимтэй судалгаа боловсруулалтын ажил өрнөж байна.

Гадаад ба дотоодод хэвлүүлсэн эрдэм шинжилгээний өгүүлэл

1. G.Batdemberel, Ө.Bavaasan, Sh.Chadraabal, D.Ulam-Orgih., A recombination model accounting three centers in a-Si:H film. Proceedings of Mongolian Academy of Sciences. No1, 1990. pp.24-26.
2. G.Batdemberel, N.N.Mukhtarova, M.Yu.Tashmetov, B.T.Em, Study of ordered structures in TiC_xO_y with x+y = 0.60-0.63., Inorganic materials ,1998, vol.34. N1, pp.52-54.
3. G.Batdemberel, B.N.Savenko, D.Sangaa, M.Yu.Tashmetov, B.T.Em, Influence of non-metal atom on the ordered structure of carbide titanium. Solid State Physics, 1997, vol.39. N12, pp.2207-2209.
4. G.Batdemberel, N.N.Mukhtarova, M.Yu. Tashmetov, B.T.Em, The ordered trigonal structures in TiC_0.38N_0.34. Inorganic materials, 1996, vol.32.  N12, pp.171-172.
5. G.Batdemberel, B.N.Savenko, D.Sangaa, M.Yu.Tashmetov, B.T.Em, Spliting of ordered structure in carbide titanium TiC_x with x = 0.60, 0.63, 0.67., (XIII International conference of neutron scattering in Budapest, 1999. p.37)
6. G.Batdemberel, M.Yu.Tashmetov, B.T.Em, Ordered Structures of Titanium Oxycarbides. Proceedings of Mongolian Academy of Sciences, No2. 1998. pp.42-43.
7. G.Batdemberel, B.B.Zakarjevskii, M.Yu.Tashmetov, Investigation of structure Si₃N₄ with neutron scattering. Joint Institute Nuclear Research (JINR), P-14-76.1997. Dubna, Russia.
8. G.Batdemberel, D.Sangaa, D.Chultem, An investigation of fossil bone mineral structure with neutron scattering.  JINR, P-14-99-131.1999. Dubna, Russia. (Submitted to journal <<NUKLEONICA>>).
9. G.Batdemberel, D.Sangaa, D.Chultem, Homology in vertebrals bone minerals structure. JINR, P-14-99-132. 1999. Dubna, Russia. (Submitted to journal <<NUKLEONICA>>).
10. G. Batdemberel, Sh. Chadraabal, The model of dark photoconductivity in a-Si:H film. Proceedings of Institute  of  Physics and Technology, 25(1991), pp.77-82.
11. G.Batdemberel, R.Sanjaasuren, D.Sangaa, Synthesis and crystal structure of the solid     solution 2CaO · SiO₂ at the low temperature by using composite addition CuO and CaF₂. Proceedings of the 11 th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC). Cement’s Contribution to the Development in the 21 st Century. 11-16 May 2003, Durban, South Africa. pp. 1388-1397.
12. G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, D.Sangaa, P.Muller, M.Hoptz, M.Gabor. Mongolia and glass melting from these sands. Communications of Institute of Physics and Technology, 2001/02. p.5.
13. G.Batdemberel, A.M.Balagurov, B.N.Savenko, D.Sangaa, Sh.Chadraabal, High-temperature ceramic material Silicon Nitride (a, b-Si₃N₄).  First Conference of Mongolian Young Scientists. 2001. pp.5-8.
14. G. Batdemberel, D.Sangaa, D.M.Toebbens, Sh.Gerbish, A comparative study  of  crystal structure of dinosaur and recent bones. Berlin Neutron Scattering   Center.  Germany (BENSC). Experimental report. 2002. pp.172-173.
15. G.Batdemberel, D.Sangaa, H.Fuess, D.M.Toebbens, Neutron diffraction studies of crystal structure of ground squirell’s bone. Berrlin Neutron Scattering   Center.  Germany (BENSC). Experimental report. 2002. p.174. 
16. G.Batdemberel, D.Chultem, Sh.Gerbish, H.Fuess, D.Sangaa and D.M.Toebbens, A comparative study of crystal structure of dinosaur and resent bones. Submitted to the  Scientific Transactions (Section: Physics), № 8(159), National University of Mongolia , 2002. pp.65-73.
17. G.Batdemberel,  D.Sangaa, A.M.Balagurov, D.Chultem, H.Fuess, D.M. Toebbens. Neutron and X-Ray diffraction studies of the dinosaur and modern animal bones from the Gobi Desert, Mongolia. XIX Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography, Geneva, Switzerland, August 6-15, 2002. p.356. (Acta Cryst.(2002). A58(Supplement), C356. Volum II). 
18. G.Batdemberel, P.Altantsog, Sh.Chadraabal, L.Oyunbileg, M.Tserenchimed, P.Muller, M.Hopts, M.Gaber, D.Sangaa. Some experimental results of glass melting by using sands from Buir nuur. Scientific transactions, Construction & Architecture Corporation. pp.103-118. Mongolia.   
19. G.Batdemberel, D.Sangaa., The Quantitative Phase Analysis and Rietveld Method. International School of Contemporary Physics, Ulaaanbaatar. 9-19 September 2002. pp. 34-36
20. G.Batdemberel. Sh.Chadraabal., What do Faculty Do?., News of MUST. Улаанбаатар, 2003 он.
21. G.Batdemberel, D.Sangaa, A.N.Skomorokhov, L.Smirnov, A.I.Beskrovny, H.Fuess, X-ray and Neutron Diffraction Study of Crystal Structure in K_1-x(NH₄)_xCI mixed salts. Submitted to Journal <<Crystallography>>. Germany.   2003. 
22. G.Batdemberel, P.Altantsog, Sh.Chadraabal, M.Albert, K.Schade, M.Tserenchimed, Z.Bold, L.Oyunbileg., Determination of plasma parameters in RF glow-dischage plasma. International Conference “2^nd Mongolian Photovoltaic Conference” (2^nd MOPVC). Sept. 4-6, 2003. Ulaanbaatar, Mongolia. pp.21 
23. G.Batdemberel, D.Sangaa, A.N.Skomorokhov, L.Smirnov, A.I.Beskrovny, H.Fuess, Crystal structure and phase transition of K_0.2(NH₄)_0.8CI mixed salt at low and high temperature. Submitted to 2004 American Conference on Neutron Scattering, College Park, MD, June 6-10, 2004. 
24. Г.Батдэмбэрэл,Ш.Чадраабал, Х.Фуесс, А.Скоморохов, Д.Сангаа, П.Алтанцог, Т.Батбаяр, М.Цэрэнчимэд, Л.Оюунбилэг., Монголын зарим ордын цеолитын кристалл бүтцийн судалгаа. ШУА, ФТХ-ийн бүтээл., 2004 
25. G.Batdemberel., P.Jargalbat., Sh.Chadraabal., M.Tuul., Crystal structure variation and Na-atoms substitution of bone apatite of Mongolian human., Mongolian-Korea BioMedical Engineering Conference., e-Health 2004. The Shastin Central Hospital of Mongolia., June 29-July 2, 2004. p.11-12.
26. Г.Батдэмбэрэл., Ж.Амгалан., Ш.Чадраабал., Д.Сангаа., Б.Дархижав., А.Билэгбаатар. Монголын Бүрэнхааны ордын фосфатын кристалл бүтэц ба түүний механохими. ШУА-ийн мэдээ. №2. 2004. х.3-15.
27.  Г.Батдэмбэрэл., Ж.Амгалан., Т.Бүдсүрэн., Г.Жанчив., Ш.Чадраабал., Г.Оюун-Эрдэнэ., Д.Энхтуяа., ИК-спектроскопические характеристики природных и очищенных фосфатов Буренханского месторождения в Монголии и механохимическая их активация.ШУТИС. Эрдэм шинжилгээний бичиг №7/69. 2004. x.123-130. 
28. G.Batdemberel., M.Yu.Tashmetov., V.T.Em., and B.N.Savenko., Phase Transformations in Titanium Oxycarbide TiC_0.545O_0.08. Crystallography Reports. Vol 48(1). pp.106-111. January 2003. ©2003 MAIK “Nauka/Interperiodica”. Crystallography Reports ISSN 1063-7745. 
29. Г.Батдэмбэрэл, М.Ю.Ташметов, В.Эм., Нейтронографическое исследование структур многокомпонентных карбидов. MAIK “Nauka/.Interperiodika”, г. Дубна. ОИЯИ. Россия. 
30. Г.Батдэмбэрэл, М.Ю.Ташметов, В.Эм., C.H. Lee, И.П.Боровинская, А.Ф. Небесный., Упорядочнения и магнитная воспримчивость в фазах внедрения. MAIK “Nauka/.Interperiodika”, г. Дубна, ОИЯИ. Россия. 
31. Г.Батдэмбэрэл, М.Цэрэнчимэд, Ш.Чадраабал, Монгол орны зарим ордын элсний кристалл бүтцийн судалгаа, ШУА, ФТХ-ийн бүтээл. 2005. 
32.  Г.Батдэмбэрэл, М.Цэрэнчимэд, Ш.Чадраабал, “Луугийн ходоод” хэмээх чулуулгийн эрдсийн бүтцийн судалгаа, ШУА, ФТХ-ийн бүтээл. 2005. 
33. Г.Батдэмбэрэл, Ж.Амгалан, Ш.Чадраабал, Монголын Хөвсгөл, Завхан аймгуудын фосфоритын ордуудын эрдсийн кристалл бүтэц ба найрлага. 2005. 
34. G.Batdemberel, J.Amgalan, Sh.Chadraabal, D.Sangaa, Investigation of crystal structures of Natural and Mechanochemically Activated Phosphorite Minerals from some Mongolian deposits. International School on Contemporary physics, Ulaanbaatar, Mongolia. August 08-15, 2005. p120. 
35. G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, Т.Bayaraa, P.Аltantsog, Modeling of photoconductivity of hydrogenated amorphous silicon, Second Mongolian conference “Use and potential of renewable energies in Mongolia”, Sept.8-9, 2004, “Chinggis Khaan” Hotel, Ulaanbaatar. 
36. G.Batdemberel, D.Sangaa, Sh.Chadraabal, H.Fuess, X-ray crystal structure study of Natural Zeolite from Mongolia. International School on Contemporary Physics, Ulaanbaatar, Mongolia. August 08-15, 2005. p119. 
37. G.Batdemberel, D.Sangaa, Sh.Chadraabal, H.Fuess, A.Skomorokhov, L.S.Smirnov, A.I.Beskrovny, Crystal structure and phase transition of K_1-x(NH₄)_xCI (x=0.1, 0.2, 0.5, 0.6, 0.8) mixed alts at room, low and high temperatures studied by x-ray diffraction, neutron sattering and calorimetry. International School on Contemporary Physics, Ulaanbaatar, Mongolia. August 08-15, 2005. p117. 
38. G.Batdemberel, A.N.Skomorokhov, L.Smirnov, A.I.Beskrovny, H.Fuess, D.Sangaa, X-ray and Neutron Diffraction Study of Crystal Structure in K_1-x(NH₄)_xCI Mixed Salts. XII International Conference on Selected Problems of Modern Physics. Section II, Physical Investigations at Pulsed Reactors. Dubna, Russia, June 8-11, 2003. Programme and Abstracts, Dubna: JINR, 2003, p.206. 
39. G.Batdemberel, L.Sukhbaatar, J.Budsuren, P.Munkhbaatar, The X-ray Flouescence and X-ray diffraction study of Rock Salt of “Shuden” mountain. International Conference on Rational Utilization of Natural Minerals. Sept.5-6, 2005. Ulaanbaatar, Mongolia. Proceedings of RUMN 2005. p.41-46. 
40. G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, P.Altantsog, Z.Davaasambuu, Z.Bold., Field-enhanced Conductivity and Steabler – Wronski Effect Kinetics in Amorphous Silicon Films on Alkali Glass Substrates. 15th International Photovoltaic and Engineering Conference (PVSEC-15). Shanghai, China, 2005. p.248-249. 
41. G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, P.Altantsog, T.Bayaraa, L.Khenmedekh., Computer Simulation of Photocondyctivity in a-Si:H thin films. 15th International Photovoltaic and Engineering Conference (PVSEC-15). Shanghai, China, 2005. 
42. J.Amgalan., G.Batdemberel., Sh.Chadraabal,  D.Sangaa. A study of contents and crystal structures of minerals in Mongolian natural phosphorites by x-ray diffraction method. Mongolian University of Science and Technology. Scientific transactions. №2/82. ISSN 1560-8794.x.77-84. 
43. G.Batdemberel, D.Sangaa, G.Bulgan, Zhu Yongfa, Robert Dinnebier., Structure of synthesized nano-sized perovskite oxide La_1-xCe_xCoO₃ XXI Congress of the International Union of Crystallography. IUCr 2008 OSAKA. 23-31 August 2008. 
44. G.Batdemberel. G.Bulgan, Zhu Yongfa, D.Sangaa, Robert Dinnebier, Sh.Chadraabal., Crystal structure of La_1-xCe_xCoO_3+δ(x≤0.1) nanoparticles at different temperatures. The Third International Forum on Strategic Technologies (IFOST 2008). Novosibirsk-Tomsk, Russia. June 23-29, 2008. 
45. G.Batdemberel. G.Bulgan, Zhu Yongfa, D.Sangaa, Robert Dinnebier, Sh.Chadraabal., Crystal structural studies of perovskite type oxide nanoparticles. International Conference on “Development of Nanotechnology and Mongolia”. IT park of Mongolia, Ulaanbaatar city, Mongolia. 06-08 November 2008. 
46. P.Altantsog, S.Bold, Sh.Chadraabal, J.Davaasambuu, G.Batdemberel. Influence of hydrogen ion energy during a-Si:H film deposition on its properties. COSIRES 2008. The 9^th International Conference on Computer Simulation of Radiation Effects in Solids. Beihang University (BUAA) Beijing, China, October 12 – 17, 2008. 
47. P.Altantsog, Sh.Chadraabal, G.Batdemberel. Determination of plasma parameters in rf glow-discharge plasma. The 9^th International Conference on Computer Simulation of Radiation Effects in Solids. Beihang University (BUAA) Beijing, China, October 12 – 17, 2008. 
48. P.Altantsog, Sh.Chadraabal, G.Batdemberel. Determination of plasma parameters in rf glow-discharge plasma. Journal of Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. Volume 267, Issue 18, 15 September 2009, Pages 3263-3266. 
49. G.Batdemberel, J.Amgalan, Sh.Chadraabal, D.Sangaa, P.Altantsog. Minerals contents and crystal structure of phosphorites from some Mongolian deposits. Proceedings of 2nd International Conference on X-ray Analysis, September 23-26, 2009. Ulaanbaatar, Mongolia. Pages 173-177. 
50. G.Batdemberel, Yongfa Zhu, R.E.Dinnebier, D.Sangaa, Sh.Chadraabal. Rietveld Refinement of Nanostructural LaMnO_3+delta. “Шинжлэх Ухаан Технологи Монгол Улсын хөгжил” сэдэвт олон улсын эрдэм шинжилгээний хурал. Нанотехнологи, наноМОН2009. Улаанбаатар. 2009.10.08. х.339-341. 
51. G.Batdemberel, Yongfa Zhu, R.E.Dinnebier, D.Sangaa, Sh.Chadraabal. Catalytic properties of nansized La_1-xCe_xCoO₃ (x<0.1) perovskite oxide using amorphous heteronuclear complex method at different temperatures. “Шинжлэх Ухаан Технологи Монгол Улсын хөгжил”. Сэдэвт олон улсын эрдэм шинжилгээний хурал. Нанотехнологи, наноМОН2009. Улаанбаатар. 2009.10.08. х.342-344. 
52. P.Jargalbat, G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, D.Sangaa, B.Namjildorj. A study of Crystal Structure of Mongolian Natural Zeolites. Mongolian-German workshop on Advanced Materials. MGWAM2010. September 27-30, 2010. Ulaanbaatar, Mongolia. Pages 77-79. 
53. G.Batdemberel, P.Jargalbat, J.Amgalan, Sh.Chadraabal, D.Sangaa. Crystal Structures and Contents of Minerals in Mongolian Phosphorite Ores and Their Mechanochemistry. Mongolian-German workshop on Advanced Materials. MGWAM2010. September 27-30, 2010. Ulaanbaatar, Mongolia. Pages 74-76. 
54. G.Batdemberel, P.Jargalbat, J.Amgalan, D.Sangaa, Sh.Chadraabal. Crystal Structure of Mongolian Phosphorite Minerals and Mechanochemistry. ШУТИС-ийн рдэм шинжилгээний бүтээлийн эмхэтгэл. №2/114. Улаанбаатар. Монгол. 2010. х. 36-40. 
55. G.Batdemberel, P.Jargalbat, J.Amgalan, D.Sangaa, Sh.Chadraabal. Crystal Structure of Mongolian Phosphorite Minerals and Mechanochemistry. ШУТИС-ийн эрдэм шинжилгээний бүтээлийн эмхэтгэл. №2/114. Улаанбаатар. Монгол. 2010. х. 36-40.
56.  П. Жаргалбат, Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Хүний ясны апатитын кристалл бүтцийн судалгаа. ШУТИС-ийн эрдэм шинжилгээний бүтээлийн эмхэтгэл. №2/114. Улаанбаатар. Монгол улс. 2010. х. 67-70.
57. G.Batdemberel, G.Bulgan, Robert Dinnebier, P.Munkhbaatar, D.Sangaa, Sh.Chadraabal. Rietveld Refinement of Nanostructural LaMnO_3+d Perovskite-Type Manganite. IEEE Catalog Number: CFP10786-PRT ISBN: 978-1-4224-9035-6. Proceedings of 5th International Forum on Strategic Technology. Oct. 13-15, 2010. Ulsan, Korea. Pages 270-272. 2010 IEEE. 
58. G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, P.Jargalbat, D.Sangaa, B.Namjildorj. Crystal Structural Investigations of Mongolian Natural Zeolites. IEEE Catalog Number: CFP10786-PRT ISBN: 978-1-4224-9035-6. Proceedings of 5th International Forum on Strategic Technology. Oct. 13-15, 2010. Ulsan, Korea. Pages 273-276. 2010 IEEE. 
59.  G.Batdemberel, J.Amgalan, D.Sangaa, Sh.Chadraabal, P.Jargalbat. Crystal Structure of Mongolian Phsophorite Minerals and Mechanochemistry. IEEE Catalog Number: CFP10786-PRT ISBN: 978-1-4224-9035-6. Proceedings of 5th International Forum on Strategic Technology. Oct. 13-15, 2010. Ulsan, Korea. Pages 115-118. 2010 IEEE. 
60. P.Jargalbat, G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, D.Sangaa and B.Namjildorj. Crystal Structural Investigations of Mongolian Natural Zeolites. Proceedings of the 1^st Franco-Mongolian Workshop on Material Science: Theoretical and Experimental Aspects. pp. 128-132. Ulaanbaatar, Mongolia on 22-25 August 2010. 
61. G.Batdemberel, P.Jargalbat, J.Amgalan, D.Sangaa and Sh.Chadraabal. Crystal Structure of Mongolian Phosphorite Minerals and Mechanochemistry. Proceedings of the 1^stFranco-Mongolian Workshop on Material Science: Theoretical and Experimental Aspects.  pp. 119-123. Ulaanbaatar, Mongolia on 22-25 August 2010. 
62. G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, D.Sangaa. Investigation of Crystal Structures of Natural and Synthetic Materials. Международное совещание. “Новые перспективы сотрудничества с ОИЯИ-от физики элементарных частиц до нанотехнологии”. Тезисы докладов. 2010.  с. 42-43. 
63. П.Жаргалбат, Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Хүний ясны апатитын кристалл бүтцийн судалгаа. ШУТИС-ийн эрдэм шинжилгээний бүтээлийн эмхэтгэл. №2/114. Улаанбаатар. Монгол. 2010. х. 67-70. 
64. Б.Намжилдорж, Ш.Чадраабал, Г.Батдэмбэрэл. Силикат материалын нанотехнологийн зарим асуудлууд. ШУТИС-ын эрдэм шинжилгээний бүтээлийн эмхэтгэл. 2010. №2/114. х.86-90. 
65. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал, П.Мөнхбаатар, Б.Намжилдорж. Нанобөөм түүний хэмжээг судлах асуудалд. ШУТИС-ын эрдэм шинжилгээний бүтээлийн эмхэтгэл. 2010. №2/114. х.91-95.  
66. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал, П.Мөнхбаатар, Б.Намжилдорж. Нанобөөм  хэмжээг шинжлэх нэгэн арга. ШУТИС-ын Профессор, багш нарын “ЭРДМИЙН ИХ ЧУУЛГАН-2011” илтгэлүүдийн эмхтгэл. 2011.05.16. х.86-90. 
67. G.Batdemberel, H.Fuess, P.Munkhbaatar, Sh.Chadraabal., X-ray diffraction studies of crystal structures and phase transitions in K_1-x(NH₄)_xCl mixed salts. 2011 The 6th International Forum on Strategic Technology. August 22-24, 2011. 978-4577-0396-6/11/$26.00 © 2011 IEEE. p.45-48. 
68. G.Batdemberel, Sh.Chadraabal, D.Sangaa, A.I.Beskrovny, A.Skomorokhov, L.S.Smirnov., TOF neutron scattering investigations of crystal structures in K_1-x(NH₄)_xCl (x=0.2, 0.8) mixed crystals. 2011 The 6th International Forum on Strategic Technology. August 22-24, 2011. 978-4577-0396-6/11/$26.00 © 2011 IEEE. p.58-60. 
69. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал, П.Мөнхбаатар, Б.Намжилдорж., Нанобөөмийн хэмжээг шинжлэх NANOPHOX багажийн тухай, түүнийг хэрэглэх нь. “Нанотехнологи-2011” Үндэсний хоёрдугаар симпозиум. 2011 оны 10 сарын 07. 
70. P.Jargalbat, G.Batdemberel, Sh.Chadraabal and D.Sangaa., Structural studies zeolites from Mongolian deposits. International Conference for “Minerals and Materials”, Mongolia-2011. Sept. 29-30, 2011. p. 99-101.

Нэг сэдэвт бүтээл, ном сурах бичиг, гарын авлага

1. An investigation of phase transition in some solid solution and crystal structure of bone minerals using X-ray and neutron diffraction. Dissertation of PhD in Solid State Physics,Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Moscow region, Russia. 1999. Total page: 99. 
2. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал, Л.Баттулга, Б.Бат-Отгон., Материал судлал ба Инженерчлэл. Улаанбаатар, 2004 он. хх.59. 
3. Ш.Чадраабал, П.Алтанцог, Г.Батдэмбэрэл, М.Цэрэнчимэд, Л.Оюунбилэг, Монгол орны шилний элс. Улаанбаатар, 2005. хх.100. 
4. Б.Бат.Отгон, Г.Батдэмбэрэл. Электроникийн үндэс, сурах бичиг, Анхдугаар хэвлэл. Улаанбаатар, 2005. хх. 145. 
5. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал, Б.Бат-Отгон, А.Тэмүүлэн, Физикийн товч лавлах: Оптик. Улаанбаатар, 2005. хх.40. 
6. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Физикийн товч лавлах: Механик. Улаанбаатар, 2007 он. А5. х.76 
7. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Физикийн товч лавлах: Термодинамик. Улаанбаатар, 2008 он. А5. х.48 
8. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Физикийн товч лавлах: Хэлбэлзэл ба долгион. Улаанбаатар, 2008 он. А5. х.48 
9. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Физикийн товч лавлах: Электродинамик. Улаанбаатар, 2008 он. А5. х.48 
10. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Физикийн товч лавлах толь: Механик. Улаанбаатар, 2009 он. А5. х.92. (нэмэн засварласан хоёрдугаар хэвлэл). 
11. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Физикийн товч лавлах толь: Термодинамик. Улаанбаатар, 2010 он. А5. х.62. (нэмэн засварласан хоёрдугаар хэвлэл). 
12. Г.Батдэмбэрэл. Физикийн бодлого (Онолын товч мэдлэг: үндсэн ойлголт, тодорхойлолт, хуулиуд). Улаанбаатар, 2010 он. А5. х.66 
13. Г.Батдэмбэрэл, Ш.Чадраабал. Физикийн товч лавлах толь: Термодинамик. Улаанбаатар, 2011 он. А5. х.62. (нэмэн засварласан гуравдугаар хэвлэл). 
14. Г.Батдэмбэрэл, Н.Ганбямба, Ш.Чадраабал. Нанотехнологийн эхлэл. Улаанбаатар, “Жиком пресс”, 2011 он. х.52