Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Микро- и наноструктурированные материалы. Репортаж из пятого измерения (Третьяков), 2008, c.182

структуру

вручную,

помещая

высокопрофессиональная,

нанообъекты

в требуемые

точки

междисциплинарная

область,

пространства один за другим –

объединяющая

на

равных

усилия

создаваемые условия таковы, что

дипломированных химиков, физиков,

нанообъекты делают это сами и

материаловедов,

математиков,

одновременно.

Процессы,

медиков, специалистов в области

использующие создание таких особых

вычислительных методов и др. Лишь

условий, и называются процессами

междисциплинарные

коллективы

самосборки, уже сейчас они играют

способны

обеспечить

важнейшую роль во многих областях

нанотехнологический

прорыв.

В

науки и техники.

области

наноматериалов

Подобно атомарным ансамблям и

удивительным

образом

переплетены

макросферам

сферические

как глубоко фундаментальные научные

наночастицы

способны

спонтанно

основы, так и прорывные аспекты

собираться в упорядоченные агрегаты

практического

использования

(сверхрешетки).

Основными

человеческих

знаний.

Развитие

причинами

такого

«слипания»

нанотехнологий (НТ) внесет большой

наночастиц

являются

различные

вклад

в

формирование

основных

слабые силы (электростатические и

направлений

успешного

развития

капиллярные

взаимодействия,

Российской Федерации в ближайшем и

поверхностное натяжение), которые, в

более

отдаленном

будущем.

целом, стремятся уменьшить общую

Нанотехнологии,

являясь

площадь поверхности наночастиц и,

междисциплинарной

и

следовательно,

их

поверхностную

«прибороемкой»

областью

энергию. Тип организации наночастиц

исследований, в отличие от обычных

и структура образующегося

массива

технологий

принципиально

зависят от условий синтеза, диаметра

отличаются

повышенной

частиц,

природы

поверхностно-

"наукоемкостью" и затратностью,

активного вещества и даже от

необходимостью

интеллектуальной

и

дисперсионной среды. В настоящее

экспертной деятельности, и поэтому в

время известны, конечно, и примеры

них

резко

снижена

вероятность

того, как с помощью различных

обычного

пути

решения

проблем

методов

самосборки

удавалось

методом "проб и ошибок", который

получать

полезные

упорядоченные

традиционно используется

во

многих

структуры из микрочастиц. Для

прикладных

разработках.

Поэтому

создания особых условий, при которых

путь от лаборатории к наноиндустрии,

георгафические широту и долготу.

Гагарин вышел за рамки Земли -

Затем разнообразные капитаны Немо

человек начал покорять Космос.

исследовали глубины океана, а Юрий

Это,

несомненно,

дало

значительны более быстрые, чем,

чрезвычайно многое - и перспективы

скажем, выстрел или удар молнии. Это

освоения

новых

горизонтов,

и

было уже четвертое измерение,

понимание процессов, происходящих

дающее ключ к пониманию того, как

на нашей Земле и вне ее, особенно в

именно все ранее изученные процессы

области

освоения

новых источников

происходят в действительности. На

энергии. Людям покорилось третье

рубеже 20 и 21 веков случилось,

измерение. Потом люди задумались о

наконец, новое чудо - мы вплотную

времени

и

постепенно

научились

приблизились к

покорению пятого

изучать

как

геологические

и

измерения - Микромира, что и

космические

события,

длящиеся

ознаменовалось

возникновением

миллиарды лет, так и быстротечные

нанотехнологий.

фемтосекундные

процессы,

"Гагариным" микрокосмоса был

результатов

могут

кардинадльно

изобретатель

первой

увеличительной

различаться.

линзы - Левенгук. В настоящий момент

Исследование микро- и наномира

даже

самые

дорогие

оптические

современных материалов

не

только

микроскопы, увы, для визуализации

приносит

глубокое

эстетическое

нанообъектов неприемлемы из-за

удовлетворение

от

созерцания

его

малого

достижимого

увеличения,

приоткрывшихся тайн, но и дает

которое должно составлять не тысячу

возможность

существенно

упростить

крат

(это

предел

оптических

путь их создания. Здесь собрана

микроскопов), а сотни тысяч и

фотогалерея избранных микроструктур

миллионы

раз.

Так,

типичные

перспективных

классов

современных

нанообъекты в сотни и тысячи раз

неорганических

материалов

и

меньше бактерий, которые наблюдал

наноматериалов. В настоящее время в

Левенгук. Они во столько же раз

связи с бурным развитием технических

меньше нас с вами, во сколько раз

возможностей, которые еще совсем

человеческое

тело

меньше

планеты

недавно были не более, чем мечтой

Земля. Поэтому сейчас бороздить

многих ученых, все большее значение

просторы микромира могут лишь те,

приобретают

различные

методы

кто обладает дорогим оборудованием -

визуализации

микроструктуры

наисовременнейшими электронными и

материалов – как на уровне сотых и

атомно-силовыми

микроскопами,

тысячных долей миллиметра (ОМ,

которые, в отличие от оптических

РЭМ), так и на наноуровне – то есть на

микроскопов, стоят сотни тысяч и даже

шкале размеров всего десятков или

миллионы долларов. И даже этого мало

сотен атомов (АСМ, ПЭМ).

- этим оборудованием нужно уметь

Красота, как известно, обманчива,

профессионально пользоваться. В то

поэтому

в

инструментальном

плане

же

время,

добиться

стадии

исследования

микроструктуры

визуализации - необходимо, но

материала

должны

дополняться

совершенно

недостаточно

для

мощным комплексом других методов

принадлежности

к

исследователям

физико-химического анализа: состава

наномира. Для продвижения в этом

(РСМА), структуры (РФА, РСтА, ЭД,

направлении

необходимо

сочетание

ИКС, УФС) и свойств (ТГА, ВАХ,

новых

идей,

современного

СКВИД, БЭТ и пр.).

оборудования

и

поддержки

Микроструктурные

исследования,

академического

сообщества,

сколь бы эффектными они ни были,

государства или крупных корпораций.

должны

быть

информативными

в

Нанотехнологии

имеют

различный

целом для исследования того или

смысл, значимость и наукоемкость в

иного типа материалов, а не являться

зависимости

от их

практического

самоцелью.

Анализ

микроструктуры

приложения к той или иной области

может играть также ключевую роль в

человеческой

деятельности.

Иными

понимании

механизмов

и

контроле

словами, нанотехнологии применимы в

процессов формирования материалов с

различной степени практически во всех

желаемыми

характеристиками

в силу

значимых областях, однако методы и

существования

фундаментальных

целесообразность их применения, а

корреляций типа «состав - структура-

также

способы

использования их

микроструктура - свойства».

Примерно к тому же времени

молекулярных

переключателей

и

относятся

фундаментальные

измерения

электропроводимости

исследования

научной

школы

отдельных

молекул,

академика И.В. Тананаева, впервые

продемонстрирован

полевой

предложившего

дополнить

транзистор на углеродной нанотрубке,

классические диаграммы «состав-

продолжены

исследования

по

структура-свойство»

координатой

самосборке молекул на металлической

дисперсности

(Физико-химия

поверхности.

ультрадисперсных систем. Под ред.

Акт об исследованиях и развитии

И.В. Тананаева. Наука. Москва, 1987

нанотехнологий

в

XXI

веке,

г.),

а

также

оригинальные

подписанный

президентом

Бушем в

исследования акад. И.И. Моисеева и

2003 г, предполагал фронтальное

М.Н. Варгафтика по созданию так

решение проблем нанотехнологии как

называемых «гигантских кластеров»

в фундаментальном, так и в

палладия, ядро которых насчитывает

прикладном

направлениях

с

около 600 атомов металла. Следует

выделением

свыше

тысячи

также назвать научные группы,

направлений

поиска,

объединенных

которые

возглавляли

Р.А.

вокруг

наноэлектроники,

Андриевский, В.В. Болдырев, А.Л.

нанобиотехнологии,

молекулярной

Бучаченко, Р.З. Валиев, С.П. Губин,

электроники,

наноэлектромеханики,

Б.В. Дерягин, А.Л. Ивановский, Ю.А.

наноэнергетики,

оптоэлектроники,

Котов, И.В. Мелихов, И.И. Минкин,

создания

новых

поколений

А.Д. Помогайло, А.И. Русанов, И.П.

функциональных и конструкционных

Суздалев, А.Ю. Цивадзе и многие

наноматериалов,

наноматериалов

для

другие. В 1996 г. М.А. Ананяном был

медицины,

машиностроения

и

создан институт нанотехнологий, а в

робототехники,

компьютерных

2001 г. – концерн «Наноиндустрия».

технологий, экологии, аэронавтики,

По целому ряду причин активность

систем безопасности и борьбы с

российских

ученых

в

области

терроризмом.

нанотехнологий и

наноматериалов

В общем случае цикл развития

равно как и в других научных

любой технологии технологии (или

направлениях значительно сократилась

идеи) начинается со значительного

в

последние

десятилетия

прошлого

интереса, который возбуждается в

века. Парадокс заключается в том, что

обществе (в развитии нанотехнологий

именно в этот период за рубежом, в

в США этому этапу соответствует

первую очередь в США и в Японии,

появление

Национальной

были сделаны важные открытия,

Нанотехнологической

Инициативы).

включая создание объемных фотонных

Общественная реакция проходит через

кристаллов с запрещенной оптической

«пик» необоснованных ожиданий, на

зоной (Яблонович, 1991 г.), синтез

этом этапе большие деньги в основном

углеродных нанотрубок (Ижима, 1991

получают организаторы

различных

г.), а в дальнейшем и нанотрубок BN

рекламных компаний, конференций и

(Чопра, 1995 г.), MoS2 и WS2 (Тенне,

издатели

научно-популярной

1995 г.), V2O5 (Ажайян, 1995 г.), TiO2

рекламной литературы. Однако затем

(Хойер, 1996 г.). В этот же период

происходит

разочарование

и резкое

были предприняты попытки создания

падение популярности. На следующем

этапе более или менее положительное

атомном уровне, названные им

отношение общества или хотя бы его

технологией «снизу – вверх».

части восстанавливается, и технология

выходит на «плато продуктивности».

На этом этапе большая часть

спекуляций

заканчивается,

и

начинается упорная и успешная работа

профессионалов,

которая

действительно

приводит

к

впечатляющим

результатам.

В

настоящий

момент

общественная

реакция находится на подъеме, и,

очевидно, уже близка к «пику

необоснованных

ожиданий».

Если

общественные

ожидания

будут

расти

так же быстро, то неизбежное

разочарование в радужных иллюзиях,

ореолом

которых

окружены

нанотехнологии, приведет к тому, что

нанотехнологии

надолго потеряют

доверие

людей.

К

сожалению,

необходимо констатировать, что так

как

большая

часть

общества

Ричард

Фейнман,

лауреат

недостаточно образованна в научно-

Нобелевской премии 1965 года в

технической области, лишь немногие

могут

отличить

действительно

области физики.

выдающиеся

перспективы

от

Справедливости

ради

следует

преувеличений, делаемых в рекламных

сказать, что инициатором процессов,

целях или от разного рада спекуляций.

Начнем с ученых, деятельность

породивших

нанобум,

стал

не

которых инициировало само появление

Р.Фейнман, известный хорошо лишь

нанонауки и нанотехнологии. И хотя

среди ученых, а Э.Дрекслер, автор

термин «нанотехнологии» впервые

скандально

знаменитой

книги

появился в литературе с легкой руки

«Машины созидания: наступление

японского инженера Н.Танагучи в

нанотехнологической

эпохи»,

1974г., идеологические установки этой

опубликованной в 1986г. и широко

новой

науки

были

впервые

разрекламированной Б. Джоем в статье

сформулированы, как

отмечалось

«Будущее не нуждается в нас». В книге

выше,

выдающимся

физиком-

Э.

Дрекслера

были

показаны

теоретиком, одним из активных

блестящие

перспективы

развития

участников

атомного

проекта,

наноиндустрии и, вместе с тем

Нобелевским лауреатом Р.Фейнманом.

выдвинута идея т.н. «серой слизи»,

Тем самым

Р.Фейнман

намного

смертельно напугавшая общество.

предвосхитил

появление

техники,

И хотя позже (2004г.) Э.Дрекслер

отказался от идеи ассемблеров,

позволявшей реально

осуществлять

процессы

создания

структур

на

способных воспроизводить самих себя,