Нанотехнология — манипулирование и производство материалов и устройств в масштабе атомов или небольших групп атомов. Наномасштаб» обычно измеряется в нанометрах, или миллиардных долях метра (греческое слово nanos, означающее «карлик», является источником приставки), и материалы, созданные в этом масштабе, часто демонстрируют отличительные физические и химические свойства, обусловленные квантово-механическими эффектами. Несмотря на то, что до создания таких маленьких устройств еще несколько десятилетий (см. микроэлектромеханическая система), методы работы на наноуровне стали неотъемлемой частью электронной инженерии, а наноинженерные материалы начали появляться в потребительских товарах. Например, миллиарды микроскопических «нановискеров», каждый длиной около 10 нанометров, были молекулярно прикреплены к натуральным и синтетическим волокнам для придания устойчивости к пятнам на одежде и других тканях; нанокристаллы оксида цинка были использованы для создания невидимых солнцезащитных средств, блокирующих ультрафиолетовое излучение; а нанокристаллы серебра были встроены в бинты для уничтожения бактерий и предотвращения инфекций.
Возможности будущего многочисленны. Нанотехнологии могут позволить производить более легкие, прочные и программируемые материалы, которые требуют меньше энергии для производства, чем обычные материалы, которые производят меньше отходов, чем при обычном производстве, и которые обещают более высокую топливную эффективность в наземном транспорте, кораблях, самолетах и космических аппаратах. Нанопокрытия для непрозрачных и полупрозрачных поверхностей могут сделать их устойчивыми к коррозии, царапинам и радиации. Возможно создание наноразмерных электронных, магнитных и механических устройств и систем с беспрецедентным уровнем обработки информации, химических, фотохимических и биологических датчиков для защиты, здравоохранения, производства и окружающей среды; новых фотоэлектрических материалов, которые позволят производить экономичные панели солнечной энергии; молекулярно-полупроводниковых гибридных устройств, которые могут стать двигателями следующей революции в информационном веке. Потенциал для улучшения здоровья, безопасности, качества жизни и сохранения окружающей среды огромен.
В то же время для реализации преимуществ нанотехнологий необходимо преодолеть значительные трудности. Ученые должны научиться надежно манипулировать отдельными атомами и небольшими группами атомов и определять их характеристики. Необходимы новые и усовершенствованные инструменты для управления свойствами и структурой материалов на наноуровне; значительные улучшения в компьютерном моделировании атомных и молекулярных структур необходимы для понимания этой сферы. Далее, необходимы новые инструменты и подходы для сборки атомов и молекул в наноразмерные системы и для дальнейшей сборки малых систем в более сложные объекты. Кроме того, нанотехнологические продукты должны обеспечивать не только улучшенные характеристики, но и более низкую стоимость. Наконец, без интеграции наноразмерных объектов с системами микро- и макромасштаба (то есть от миллионных долей метра до миллиметрового масштаба) будет очень сложно использовать многие уникальные свойства, присущие наноразмеру.
