Nanometr
Obsah boxu
Nanometr (symbol nm) je odvozená jednotka délky v metrické soustavě, která se rovná jedné miliardtině (10−9) metru. Jedná se o jednu z nejčastěji používaných jednotek v oblasti nanotechnologie, fyziky, chemie, biologie a optiky pro popis rozměrů na atomární a molekulární úrovni.
Název je složen z předpony nano- (z řeckého νάνος, nanos, znamenající "trpaslík") a názvu základní jednotky metr. Nanometr je klíčovou jednotkou pro měření vlnových délek elektromagnetického záření v viditelné části spektra a v blízké ultrafialové a infračervené oblasti.
📏 Definice a převody
Nanometr je definován jako odvozená jednotka soustavy SI. Jeho vztah k základní jednotce délky, metru, je:
- 1 nm = 0,000 000 001 m = 10−9 m
Převody na jiné jednotky
Nanometr lze snadno převádět na jiné běžně používané jednotky délky:
- 1 nanometr = 1 000 pikometrů (pm)
- 1 nanometr = 10 ångströmů (Å)
- 1 000 nanometrů = 1 mikrometr (μm)
- 1 000 000 nanometrů = 1 milimetr (mm)
- 1 000 000 000 nanometrů = 1 metr (m)
- 25 400 000 nanometrů ≈ 1 palec
📜 Historie a etymologie
Předpona nano- byla oficiálně přijata jako součást předpon soustavy SI na 11. Generální konference pro míry a váhy (CGPM) v roce 1960. Její zavedení bylo reakcí na rostoucí potřebu vědců a inženýrů popisovat extrémně malé rozměry, zejména v oblastech jako krystalografie a mikroskopie.
Ačkoliv byla jednotka formálně definována, její masivní rozšíření přišlo až s nástupem nanotechnologie v 80. a 90. letech 20. století. Objev a vývoj nástrojů, jako je rastrovací tunelový mikroskop (STM) v roce 1981 a mikroskop atomárních sil (AFM), umožnily vědcům nejen pozorovat, ale i manipulovat s jednotlivými atomy a molekulami. Tím se nanometr stal základní jednotkou pro popis tohoto nového světa.
Dříve se v atomové fyzice a chemii pro podobné rozměry často používal angström (Å), který se rovná 0,1 nm. Ačkoliv angström není jednotkou SI, v některých specifických oborech (např. popis chemických vazeb) se stále používá.
🔬 Využití v praxi
Nanometr je všudypřítomný v moderní vědě a technologii. Jeho použití je klíčové v mnoha oborech.
⚙️ Nanotechnologie
Nanotechnologie je obor, který se zabývá materiály a zařízeními o rozměrech typicky od 1 do 100 nanometrů. V tomto měřítku se projevují unikátní kvantově-mechanické a povrchové jevy, které materiálům propůjčují nové vlastnosti. Příklady zahrnují:
- Nanomateriály: Uhlíkové nanotrubice, grafen, kvantové tečky nebo nanočástice stříbra a oxidu titaničitého mají výjimečné mechanické, elektrické nebo optické vlastnosti.
- Nanolitografie: Technika pro výrobu struktur o nanometrových rozměrech, klíčová pro výrobu integrovaných obvodů.
- Nanorobotika: Výzkum miniaturních robotů, kteří by v budoucnu mohli provádět operace uvnitř lidského těla.
💻 Elektronika a polovodiče
V polovodičovém průmyslu je nanometr základní jednotkou pro popis výrobních technologií mikroprocesorů a paměťových čipů. Označení jako "7nm proces" nebo "3nm proces" se vztahuje k velikosti nejmenších prvků na čipu, typicky k délce hradla (gate) tranzistoru. Menší výrobní proces umožňuje umístit na stejnou plochu více tranzistorů, což vede k vyššímu výkonu, nižší spotřebě energie a nižším výrobním nákladům na tranzistor. K roku 2025 se přední výrobci jako 
TSMC a 
Samsung pohybují na hranici 3nm a 2nm technologie.
💡 Optika a fotonika
Vlnová délka světla ve viditelném spektru se měří v nanometrech:
- Fialové světlo: přibližně 380–450 nm
- Modré světlo: přibližně 450–495 nm
- Zelené světlo: přibližně 495–570 nm
- Žluté světlo: přibližně 570–590 nm
- Oranžové světlo: přibližně 590–620 nm
- Červené světlo: přibližně 620–750 nm
Tato škála je zásadní pro návrh čoček, optických filtrů, antireflexních vrstev a senzorů v fotoaparátech a dalších optických zařízeních.
🧬 Biologie a medicína
Mnoho biologických struktur má rozměry v řádu nanometrů:
- Průměr dvojšroubovice DNA: ~2 nm
- Tloušťka buněčné membrány: ~7–10 nm
- Ribozomy: ~20 nm
- Viry: typicky 20–400 nm (např. virus chřipky má průměr asi 100 nm)
- Protilátky (IgG): ~15 nm
V medicíně se nanotechnologie využívá pro cílenou dopravu léků pomocí nanočástic, které mohou dopravit účinnou látku přímo do nádorových buněk, nebo v diagnostice pro detekci biomarkerů nemocí.
🌍 Příklady velikostí v nanometrech
Pro lepší představu o velikosti jednoho nanometru slouží následující srovnání:
- ~0,1 nm: Průměr atomu helia.
- ~0,3 nm: Velikost molekuly vody.
- 1 nm: Průměr uhlíkové nanotrubice s jedinou stěnou.
- 2 nm: Průměr šroubovice DNA.
- 5 nm: Velikost nejmenších hradel tranzistorů v pokročilých čipech (k roku 2025).
- 10 nm: Tloušťka buněčné membrány.
- 40 nm: Nejmenší litografický detail dosažitelný pomocí extrémní ultrafialové litografie (EUV).
- 100 nm: Velikost, pod kterou se objekty obvykle klasifikují jako nanomateriály.
- 120 nm: Průměr viru HIV.
- 400–700 nm: Rozsah vlnových délek viditelného světla.
- ~7 000 nm: Průměr červené krvinky.
- ~80 000 nm: Průměr lidského vlasu.
🤔 Pro laiky: Co je to nanometr?
Představit si, jak malý je nanometr, je velmi obtížné. Zde je několik přirovnání, která mohou pomoci:
- Růst nehtů: Lidský nehet roste rychlostí přibližně jednoho nanometru za sekundu.
- List papíru: Obyčejný list papíru je tlustý asi 100 000 nanometrů.
- Poměr k metru: Poměr jednoho nanometru k jednomu metru je stejný jako poměr velikosti skleněné kuličky k velikosti planety Země.
V nanosvětě, tedy v měřítku nanometrů, přestávají platit pravidla, na která jsme zvyklí z našeho makroskopického světa. Gravitace zde hraje zanedbatelnou roli, zatímco mnohem důležitější jsou síly mezi atomy a molekulami, jako je Van der Waalsova síla. Také se zde výrazně projevují kvantové jevy. Například barva materiálu se může měnit s velikostí jeho částic, i když je chemicky stále stejný. To je princip fungování kvantových teček, které se používají v moderních displejích.