1990年首屆國際納米科技會議在美國巴爾的摩召開，這標志著納米科技的誕生。經(jīng)過近20年的飛速發(fā)展，納米科技已派生出了納米材料學、納米物理學、納米化學、納米電子學、納米計最學、納米機械學、納米生物學、納米力學等主流的學科分支，以及納米倫理學、納米經(jīng)濟學等非主流分支。

值得注意的是，近年來，一門與納米科技緊密結(jié)合的學科——納米藝術(shù)學，也悄然興起，并逐漸獲得了藝術(shù)界與科學界的共同關(guān)注。

和納米級的圖畫、雕塑，以及納米題材的視頻短片等納米藝術(shù)形式相比，納米音樂的發(fā)展相對緩慢。然而隨著人們對納米結(jié)構(gòu)、DNA、核磁共振、化學鍵的形成／斷裂等課題的不斷深入研究，讓納米結(jié)構(gòu)發(fā)聲，讓分子／原子歌唱，已指日可待。

碳納米管收音機

自從1991年被發(fā)現(xiàn)以來，碳納米管特殊的分子結(jié)構(gòu)就引起了來自材料、物理、化學、微電子、醫(yī)藥等學科領(lǐng)域研究者們的濃厚興趣。2008年，美國《技術(shù)評論》雜志評選出了前一年的國內(nèi)十大新興技術(shù)。其中，碳納米管收音機被公認為是碳納米管在微波領(lǐng)域中應(yīng)用的重大工程壯舉。

碳納米管收音機是迄今為止世界上最小的收音機：它的關(guān)鍵部件由一根直徑僅為幾十納米(一納米等于10億分之一米)的碳納米管構(gòu)成，人們加上電池和耳機就能用它收聽自己中意的廣播節(jié)目。這種碳納米管收音機比現(xiàn)有的普通收音機要小10億倍。

碳納米管收音機是美國加州大學物理學家澤托教授2007年的杰作。在這個收音機中，碳納米管承擔了收音機的天線、調(diào)諧器、放大器和解調(diào)器等諸多部件的功能。碳納米管被置于真空管中，一端被固定在電池的負極上，另一端(即自由端)和電池正極之間留有納米量級的間隙。如果電極間的電壓足夠高，正極能將碳納米管自由端的電子奪過來。當廣播電臺的無線電信號經(jīng)過收音機時，產(chǎn)生的電場將不斷“推”和“拉”納米管的自由端，也就是碳納米管隨無線電信號發(fā)生共振，利用這種共振現(xiàn)象及回路中相應(yīng)的電流變化就可以探測到無線電信號。回路中受無線電信號感應(yīng)得到的高頻交變電流信號最后會轉(zhuǎn)化為攜帶聲音信息的低頻信號，進而通過喇叭等播出聲音。

碳納米管收音機的出現(xiàn)，使得納米結(jié)構(gòu)發(fā)聲、甚至歌唱成為可能，為未來納米聲樂的發(fā)展提供了新的思路。

納米吉他與單弦琴

1997年，美國康奈爾大學的科學家們采用刻蝕的方法制作了一把極其微小的“納米吉他”。它小得可以塞進一個人的紅細胞內(nèi)，這顯示出當今的納米技術(shù)已經(jīng)達到了什么樣的水平。這把小吉他只有10個微米長，相當于單個細胞的大小。每根琴弦只有50納米粗，相當于100個原子的寬度，比人的一根頭發(fā)還要細2000多倍。它可以彈出調(diào)來，如果有人有足夠細小的手指的話。據(jù)康奈爾大學應(yīng)用工程物理學教授哈羅德·克雷格海德稱，如果能用某種技術(shù)撥動這把吉他的琴弦，它也能像普通吉他那樣產(chǎn)生共鳴。

在制造這把微型吉他時，科學家攻克了很多技術(shù)難題，例如，觀察琴弦與激光的干擾情況，測量琴弦的振動力等。最終，研究人員發(fā)現(xiàn)，納米吉他發(fā)出來的聲音頻率已超出了人類的聽力范圍，人耳根本無法聽到它的聲音。盡管如此，通過某種頻率轉(zhuǎn)換，這把納米吉他還是可以為我們演奏的。

2006年，另一位美國科學家辛格在兩根鎢探針中間連接了碳納米管，制成了納米尺度的鋸弓(也被稱為“納米小刀”)。納米鋸弓被認為將來可能用于生物細胞的手術(shù)中。其實，這張納米鋸弓就相當于一把單弦琴，若利用激光脈沖撥動琴弦，使得碳納米管振動起來，它也會發(fā)出特定頻率的聲音來。

納米粒子音樂

根據(jù)量子力學的觀點，一個粒子具有波粒二相性，因此，納米粒子本身就是波的疊加。既然聲音也被認為是波的疊加，那么，聲音就可以用微觀粒子波體系來描述。2001年，《Organized Sound》第二期上發(fā)表了一篇關(guān)于納米粒子音樂的文章。該文中，作者鮑勃博士經(jīng)過分析粒子波與聲音合成之間的關(guān)系后，發(fā)現(xiàn)了兩者之間的相似性，進而從理論上闡述了利用納米粒子波進行譜曲的全過程。最后，鮑勃博士認為，“利用粒子系統(tǒng)可以進行譜曲……在未來，粒子加速器就是樂器，粒子物理學家就是作曲家”。

核磁共振演奏

核磁共振是指原子核在外磁場作用下因共振而大量吸收某種頻率輻射的物理過程。核磁共振波譜是光譜學的一個重要分支。在我們的日常生活中，核磁共振通常是體檢時，用來成像的。一般情況下，核磁共振光譜的頻率遠超出人類的聽力范圍，但是，當核磁共振遇見“好事”的音樂家，這種情況就發(fā)生了改變。最近，筆者發(fā)現(xiàn)，在一個自稱為“磁共振遇見音樂家”(NMR meets musicians)的網(wǎng)站上，蘭格·紐倫堡大學的有機化學教授們詳細闡述了如何將核磁共振轉(zhuǎn)化為聲樂的全過程。在那里，即使像酒精這樣普通的物質(zhì)，其核磁共振譜也能奏出美妙的聲響。

原子力顯微鏡彈奏

原子力顯微鏡是一種利用原子、分子間的相互作用力來觀察物體表面微觀形貌的新型實驗技術(shù)。它有一根納米級的探針，被固定在一個可靈敏操控的微懸臂上。當探針離樣品很近時，其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力就會使懸臂彎曲，偏離原來的位置。根據(jù)這個偏離量，原子力顯微鏡就能間接地探測出樣品表面的形貌或原子、分子的大小。

現(xiàn)在，利用原子力顯微鏡，科學家已經(jīng)可以監(jiān)聽原子力顯微鏡探針針尖原子與物體表面原子之間化學鍵形成與斷裂的聲響，他們還發(fā)現(xiàn)，不同化學鍵形成與斷裂所發(fā)出的聲音各不相同。試想，如果物體表面的原子排列得如此巧妙，那么原子力顯微鏡針尖和物體表面不同原子之間不斷接觸，化學鍵即會不斷形成和斷裂，那么，利用原子力顯微鏡完全有可能像彈電子琴一樣演奏出美妙的歌曲來。

責任編輯 趙菲