Как управлять атомами?

Как уже рассказывал "В", на совместном заседании Ученого совета ДВГУ и президиума Дальневосточного отделения Российской академии наук было решено создать четыре научно-образовательных центра (НОЦ) в структуре Института физики и информационных технологий ДВГУ с участием научных подразделений институтов ДВО РАН. Это дает уникальную возможность сочетать образовательный процесс и научную деятельность, привлекать студентов к современным исследованиям. Всего в составе Института физики и информационных технологий ДВГУ созданы следующие центры: "Физика Земли", "Нанофизика и нанотехнологии", "Медицинская физика" и "Оптоэлектроника и информационные технологии". Названия НОЦ отражают перспективные направления развития современной физики, руководителями станут признанные академические ученые, основатели научных школ, профессора ДВГУ. Сегодня - наш разговор с директором научно-образовательного центра "Нанофизика и нанотехнологии" доктором физико-математических наук, профессором Александром Сараниным.

- Александр Александрович, слово "нанотехнология" сегодня знают люди, даже далекие от физики. А когда возникло это направление?

- Еще в 1959 году всемирно известный физик Ричард Фейнман прочитал свою знаменитую лекцию в Калифорнийском технологическом институте. Название этой лекции было "Внизу полным-полно места". "Внизу" - это он имел в виду, что на уровне атомов и молекул. В своей лекции Ричард Фейнман описал те фантастические перспективы, которые открываются в области нанотехнологий, наноструктур. Однако в то время это было малореально, так как еще не были созданы исследовательские инструменты, которые бы позволили человеку обращаться с атомами. Само понятие появилось позже, в середине 80-х годов прошлого столетия, когда были созданы так называемые сканирующие зондовые микроскопы. Эти приборы позволили ученым не только "видеть" отдельные атомы на поверхности, но и умело с ними обращаться, например, передвигать их с места на место. Что касается нашего отдела, то он был создан легендарным Филиппом Георгиевичем Старосом в 1974 году в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН. Он поставил задачу создания искусственного интеллекта на основе трехмерных интегральных схем. Затем начиная с 1979 года отдел физики поверхности возглавлял Виктор Григорьевич Лифшиц, директор Института физики и информационных технологий ДВГУ, и основной акцент был сделан на фундаментальные исследования в области физики поверхности и низкоразмерных структур. Именно в этот период мы пришли к тому, что сейчас определяют как наноструктуры и нанотехнологии. Надо отметить, что нанотехнологии - очень широкое понятие. Есть понятие "наноматериалы", есть понятие "наноструктуры", а есть "наномеханика". Все они связаны с различными областями физики и технологии. Мы занимаемся в основном наноструктурами на монокристаллических поверхностях.

- Откуда возникло это слово - "нано"?

- Это слово наиболее точно передает масштаб элементов, атомов, с которыми работают современные физики. Нанометр - это 10-9 м. Размер атома Si равен 0,24 нм. Наносистемы - это атомные системы, имеющие размеры нанометрового масштаба (обычно меньше 100 нм). Физика наноструктур как бы заполняет "щель" между такими традиционными областями, как атомная физика (где изучаются свойства отдельных атомов) и физика конденсированного состояния (в рамках которой изучают твердотельные вещества, количество атомов в которых практически бесконечно). Если говорить совсем просто, то мы осаждаем на поверхность монокристалла отдельные атомы и получаем поверхность с совершенно новыми свойствами. В настоящее время наиболее перспективными считаются два подхода: атомная сборка и самоорганизация.

- Нанотехнологии уже применяются в современном производстве?

- Еще в 1965 году американский физик-электронщик Г. Мур сформулировал такую закономерность развития микроэлектроники: "Число транзисторов на кристалле микросхемы удваивается каждые два года". Это происходит в первую очередь за счет уменьшения размеров транзисторов и других элементов микросхем. Ориентировочно в 2015-2020 годах микроэлектроника должна достичь физического предела, когда отдельный элемент микросхемы будет состоять из нескольких атомов, а его размер как раз будет около 1 нанометра. Вот тут и наступит время наноэлектроники и "звездный час" специалистов в этой области. А пока современное производство только в небольшой степени использует достижения нанотехнологий. В настоящее время ученые всего мира ведут преимущественно фундаментальные исследования, но это перспективная отрасль науки. В обозримом будущем нас ожидает технологический бум, когда промышленность сможет использовать разработки ученых в области нанотехнологий. Спрос на специалистов-физиков резко возрастет.

 - Разработки ученых Института автоматики и процессов управления соответствуют мировым тенденциям?

- Несмотря на то, что российская наука переживает не лучшее время в своей истории, мы сохранили коллектив ученых нашей лаборатории. Мы видим преемственность поколений - рядом с исследователями, начинавшими работать в этом направлении 25-30 лет назад, в институте трудятся молодые ученые, студенты и аспиранты. А когда в науку приходит талантливая молодежь, начинается бурное ее развитие. Студенты и молодые ученые, увлекаясь процессом научного и творческого поиска, быстро добиваются внушительных результатов. Например, в 2001 году студенты ИФИТ ДВГУ Андрей Товпик и Максим Черевик за свою первую научную работу были удостоены золотой медали Российской академии наук на конкурсе студенческих работ. Награду ребятам в Санкт-Петербурге вручал нобелевский лауреат академик Жорес Алферов.

- А как ученые других стран оценивают работу вашего отдела?

- Статьи с результатами наших исследований регулярно публикуются в ведущих научных изданиях, таких как Physical Review и Surface Science. У нас есть несколько монографий, опубликованных в зарубежных издательствах. Мы поддерживаем очень тесные связи с коллегами из Японии. Каждые два года проходят совместные семинары по физике поверхности полупроводников - в этом году во Владивостоке состоится уже седьмой. У нашего института прочные связи с коллегами из Японии, Кореи, Германии, Франции. В общем - есть чем гордиться.

- И то, что студенты НОЦ "Нанофизика и нанотехнологии" ДВГУ будут вести научную работу, вполне реально?

- Обязательно. Наука вообще очень увлекательное занятие. Повторюсь, научное направление получает толчок к развитию, когда приходит творческая, любознательная, пытливая молодежь. В нашей лаборатории всегда было много студентов - им предоставляются уникальные возможности для научного, творческого и профессионального роста. Молодые ученые, например, могут учиться в аспирантуре и защищаться в университетах Японии - и их там ждут, высоко ценят, очень хорошо принимают, создают все условия для работы и учебы. Например, Димитрий Грузнев, выпускник ДВГУ, прошел магистерский курс, окончил аспирантуру в Университете г. Тояма и защитил там диссертацию - естественно, посвященную проблемам нанофизики. Сейчас Димитрий Вячеславович продолжает работу в нашем отделе.

Еще одним примером мирового признания наших достижений может служить совместная лаборатория Samsung и ИАПУ ДВО РАН, успешно работающая уже несколько лет. Достаточно сказать, что таких лабораторий осталось всего две (а было создано девять) - одна в МГУ, вторая - у нас, в отделе. Промышленный гигант Samsung, как и многие другие крупные транснациональные корпорации, финансирует исследования в области нанотехнологий.

- Современная физика - дорогое удовольствие?

- А экспериментальная физика особенно! Приборы и установки стоят сотни тысяч евро. У нас целый ряд экспериментальных установок как импортного, так и отечественного производства. Мы очень активно используем в своей работе сканирующую туннельную микроскопию (СТМ). За разработку этого метода Герд Бинниг и Гейнрих Рорер в 1986 году были удостоены Нобелевской премии. В нашем отделе три таких микроскопа и один атомно-силовой. СТМ - достаточно сложный и дорогой прибор, включающий в себя ряд устройств, каждое из которых воплощает достижения современных технологий. В их числе - компьютерная система, с помощью которой осуществляется управление микроскопом и производится сбор и обработка обширного массива данных в реальном масштабе времени. Так что современная физика срастается с компьютерными технологиями, но и компьютерам без физики никуда.

Автор: Людмила ХАРИТОНОВА, специально для "В"