Наука и технологии |
«МЫ ЖИВЕМ В ТАКОЕ ВРЕМЯ, КОГДА НАУЧНЫЕ ФАНТАЗИИ ПРЕВРАЩАЮТСЯ В РЕАЛЬНОСТЬ…»12.12.06 Этими словами начал рассказ о деятельности своей «команды» д.ф.-м.н. В. Принц, заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктур Института физики полупроводников СО РАН — лаборатории, которая на протяжении последних десяти лет занимается проблемами нанотехнологий и добилась в данной области немалых успехов.
— Виктор Яковлевич, вы всерьез считаете, что все научные фантазии могут воплотиться в жизнь? — Несомненно! В детстве я читал книгу Жюля Верна «Из пушки на Луну», а вскоре Гагарин полетел в космос, затем и американцы высадились на Луне. В 1959 американский физик Ричард Фейнман прочитал знаменитую лекцию о перспективах нанотехнологий, ключевые положения которой в то время казались фантастикой. Он верил — люди смогут сделать все, что не противоречит физическим законам. Например, Фейнман предсказывал, что можно будет записать полную информацию Британской библиотеки на маленьком кристалле. И человечество идет к этому. Приборы становятся все меньше и меньше. Электронно-вычислительные машины тридцать лет назад занимали несколько комнат, а сегодня персональный компьютер, который имеет несравненно больший объем памяти и быстродействие, можно поместить на ладони. Люди научились «дотрагиваться» до отдельных атомов: с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа мы у себя в лаборатории можем перемещать, переносить отдельные атомы и собирать из них конструкции. Чем не фантастика! Мы знаем, сколь быстро идет прогресс в области компьютерной техники, в записи и передаче информации… В ближайшие годы ожидаются революционные преобразования, которые затронут все сферы жизни, и они будут вызваны развитием нанотехнологий, призванных формировать объекты и приборы молекулярных и атомных размеров массовым образом. В последнее время нанотехнологии развиваются очень быстро. — А чем именно занимается лаборатория физики и технологии трехмерных наноструктур?
— Если взять в качестве примера работу нашей лаборатории, то еще семь лет назад, когда мы с аспирантом В. Селезневым поставили перед собой цель отделить от полупроводникового кристалла один или два молекулярных слоя, это воспринималось окружающими как чудачество. Было действительно трудно поверить в возможность осуществления такой задачи. Как от большого кристалла можно отделить пленки ангстремных толщин и большой площади? Никто, кроме нас, не верил, что это можно выполнить. У наших оппонентов был целый ряд аргументов о нереализуемости такого процесса. Однако нам не только удалось это сделать, используя упругие силы межатомного взаимодействия — мы смогли создать технологию формирования из отсоединяемых пленок нанообъектов самых различных форм: трубок, спиралей, колец, полусфер, периодических наногофрированных структур. Разработанная технология стыкуется с технологией интегральных схем и позволяет организовать массовое изготовление нанообъектов с высокой воспроизводимостью и точностью, чем выгодно отличается от многих других. Еще Р. Фейнман обращал внимание на то, что нанообъекты должны изготовляться с высокой точностью. Он приводил простой, понятный всем пример: любой автомобиль функционирует, поскольку цилиндр и поршень выполнены с микронной точностью. Если ее не выдержать, поршень застрянет, и машина не сдвинется с места. А теперь представьте себе, что вы хотите сделать не метровый, а миллиметровый автомобиль — его точную копию. Так вот, здесь все детали надо будет изготавливать уже с атомарной точностью. — Каковы же размеры этих нанообъектов? — Чтобы «почувствовать» их, приведу пример. Если из ста миллионов трубочек с радиусом 1 нм образовать жгут, то его диаметр будет меньше диаметра волоса человека. Важно также то, что наши нанообъекты могут быть сформированы практически из любых твердых материалов — диэлектриков, полупроводников, металлов. Такие объекты обладают интереснейшими механическими и квантовыми свойствами. Нами обнаружен баллистический транспорт электронов по окружности трубки и гигантская анизотропия проводимости при смене направления магнитного поля, пронизывающего трубку. — В чем особенности вашего пути, ваших технологий? — Во-первых, мы взяли в качестве исходных прецизионные структуры, создаваемые молекулярно-лучевой эпитаксией, которая способна монослой за монослоем выращивать сложные структуры из различных веществ. Во-вторых, нам удалось сделать то, что считалось невозможным — создать технологию полного или частичного отсоединения сверхтонких пленок от подложки. А в-третьих, нам повезло — первые отсоединенные пленки были упруго напряженными и скрутились в трубки-свитки. Мы увидели в этом целое направление высокоточного изготовления самых различных наноструктур и наноприборов, так как упругие напряжения в пленках задаются разницей размеров атомных решеток пленок, то есть самой природой. В действительности, технология включает в себя целый комплекс методов и процессов, обеспечивающих высокую точность изготовления конечного продукта. Это, прежде всего, предложенные нами методы направленного изгиба и сворачивания пленок, методы сборки, а также метод сушки и травления структур в сверхкритическом CO2. По сути, мы имеем дело с молекулярной технологией, которая масштабируется в область молекулярных и атомных размеров. Диапазон размеров реализуемых объектов велик. — Для чего нужны все эти объекты? — На их основе можно формировать принципиально новые приборы и устройства наноэлектроники, наномеханики, сенсоры и актюаторы для медицины, биологии, безопасности. У нас есть мечта использовать их для создания компьютеров нового поколения. Но, думаю, что быстрее это сделают за рубежом — нашу технологию подхватили более двадцати институтов мира. К настоящему времени в лаборатории созданы только простые приборы. Изготовлены лабораторные макеты наношприцев, нейрозондов, нанопринтеров, наноанемометров. Такие приборы открывают совершенно новые возможности для их применения. Подобными наноинструментами можно будет работать с ядрами отдельных живых клеток (нами это было продемонстрировано). В Институте теоретической и прикладной механики СО РАН было показано, что наноанемометр открывает возможность регистрации быстрых турбулентных течений, поскольку его быстродействие в 100-1000 раз лучше классических датчиков. В лаборатории сформированы уникальные массивы микро- и наноспиралей и других хиральных объектов, предназначенных для динамического изменения плоскости поляризации гигагерцевого и терагерцевого, а в будущем и оптического излучения. В Институте ядерной физики СО РАН была показана возможность использования массива спиралей для управления поляризацией излучения лазера на свободных электронах. — Что планируете на ближайшее время? — Мы мечтаем создать с помощью нашей прецизионной технологии новые метаматериалы — искусственные кристаллы, в которых вместо атомов расположены нанообъекты. Свойства таких материалов существенно отличаются от свойств природных материалов. К ним относятся, например, отрицательный коэффициент преломления, предсказанный советским ученым В. Веселаго почти сорок лет назад. Отрицательный коэффициент преломления, а также создание невидимости объектов, помещенных за метаматериалом, были продемонстрированы в 2006 году английскими и американскими учеными для гигагерцевого излучения. Мы уверены, что наша нанотехнология позволит перейти к более коротким длинам волн, вплоть до оптических. — Складывается впечатление, что у вас все замечательно… — Это далеко не так. Как только мы начинаем думать о внедрениях, о продукции, то сталкиваемся с рядом серьезнейших проблем, прежде всего, с отсутствием финансирования и оборудования. На разработку продукции необходимы существенно большие финансовые средства, чем на исследования. — Расскажите, пожалуйста, об истории возникновения и судьбе фирмы «Новосибирские нанотехнологии», которая создавалась с участием вашей лаборатории. — Эта фирма возникла пару лет назад с целью организации внедрения, а инициатором ее создания был сотрудник нашей лаборатории Александр Принц. Его проект вошел в число победителей конкурса «Русские инновации» и в качестве приза получил от Фонда Бортника стартовые средства. К сожалению, работа идет медленно. Только сейчас завершается разработка массовой технологии микро- и наношприцев, а до производства дело не дошло — вся проблема в инвестициях, точнее, в их отсутствии. — Неужели никто не готов помочь? — Пока есть предложения только из-за рубежа и на их условиях. В России всем нужен быстрый результат — сегодня деньги, завтра прибыль, но в нанотехнологиях так не бывает. Однако хочу отметить, что, несмотря на все сложности, нам удалось найти свой путь в области нанотехнологий. Сейчас он признан во всем мире: наши сотрудники выступают с докладами на конференциях, молодежь из лаборатории ездит на стажировки в страны Европы и Японию, к нам поступают предложения по сотрудничеству из Америки, Франции, Германии. Нет сомнений в том, что, с точки зрения идеи, мы находимся «на переднем фронте». — Для таких масштабных работ вам, наверное, нужно немало знающих людей… Как решаете кадровый вопрос? Много ли у вас молодых сотрудников? — Лаборатория наша самая молодежная в институте, хотя и небольшая — всего 18 человек. Старшее поколение (пять сотрудников) занимается СВЧ-техникой, а молодежь — нанотехнологиями. Семеро из них уже поработали в Швейцарии, по двое — в Японии и в Германии. Ребята из моей лаборатории — это выпускники физфака Новосибирского госуниверситета и Новосибирского государственного технического университета. Причем наблюдается такая закономерность: закончившие НГУ стремятся заниматься фундаментальной физикой, глубже изучать какие-то явления, а выпускники НГТУ, скорее, практики. Особенно хотелось бы отметить талантливых и целеустремленных сотрудников: В. Селезнева, С. Голода, А. Воробьева, Е. Наумову, Ю. Юкечеву, А. Копылова. Владимир Селезнев и Сергей Голод вообще уникальные нанотехнологи — таких в России очень-очень мало. Хочу остановиться на проблеме кадров для нанотехнологии. У нас в стране, в отличие от США, отсутствует государственная многолетняя программа подготовки таких кадров, а это процесс не быстрый. В ближайшие годы нужны будут десятки тысяч специалистов, которые знают суть дела, могут работать с современным оборудованием, имеют способности к технологии. Наше правительство заинтересовалось, наконец, проблемой нанотехнологий в стране. Хочется надеяться, что Россия сумеет занять в этой области достойное место. Мы прошлись по коридору, заглянули в лаборатории, где работали сотрудники — о каждом из них Виктор Яковлевич сказал что-то хорошее, посмотрели оборудование — гордость В. Принца. И, несмотря на скромную обстановку, возникло ощущение, что именно здесь зарождается будущее — науки и нанотехнологий. Ю. Александрова Источник: «Наука в Сибири» |
