Нанотехнологии — это удел молодых!
Академик Ю. Д. Третьяков.
Нанотехнология, нанотехнологические, наноуровень и ещё много разнообразных «нано-» — все эти термины вошли в нашу жизнь сравнительно недавно. Не пора ли разобраться, о чём идет речь?
Попробуем заглянуть в одну из самых популярных сейчас энциклопедий. Википедия даёт такое определение: «Нанотехнология — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами».
Несколько иное определение дано в «Концепции развития в РФ работ в области нанотехнологий до 2010 года» Федерального агентства по науке и инновациям: «Нанотехнология — совокупность методов и приёмов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов».
А вот ещё одно определение, нередко встречающееся в выступлениях специалистов, непосредственно занимающихся исследованиями и разработками в этой области: «Нанотехнологии — это технологии создания продуктов, потребительские свойства которых определяются необходимостью контроля и манипулирования отдельными наноразмерными объектами».
Пожалуй, достаточно. Занимаясь определениями, можно нечаянно забыть о деле. А дело заключается в том, что без современных технологий, многие из которых так или иначе связаны с «манипулированием отдельными наноразмерными объектами», уже не обойтись. Развитие многих направлений электроники, медицины, биологии трудно себе представить теперь без работы с объектами на уровне отдельных молекул или их сравнительно небольших комплексов.
Что же нужно для того, чтобы эта работа продвигалась вперёд? Сформулируем теорему: для развития нового направления в науке и/или технологии должны исполняться три условия: первое — наличие энтузиастов; второе — наличие государственного финансирования; третье — наличие современной технической базы.
Начнём по порядку — наличие энтузиастов. Пусть это слово кому-то покажется слегка заплесневевшим, но именно энтузиасты, люди любознательные и по-хорошему любопытные, способны увлечённо и, что называется, с полной самоотдачей заниматься любимым делом. И эти люди должны иметь хорошее специальное образование. Вернёмся к доказательству этого пункта позднее.
Второе условие — наличие государственного финансирования. Исследования вообще и нанотехнологические исследования в частности весьма дороги и без государственной поддержки невозможны. Государство должно заботиться о развитии фундаментальных исследований, если оно хочет развиваться как технологически передовое. В противном случае, по меткому замечанию Фредерика Жолио-Кюри, государство рискует превратиться в колонию. Убедительное доказательство этого пункта приведено в статье президента Нанотехнологического общества России академика Е. Н. Каблова (см. Наука и жизнь № 10, 2009 г.).
И, наконец, третье — наличие современной технической базы, то есть приборов, оборудования, помещений и энергоснабжения. Пункт настолько очевиден, что не требует специальных доказательств.
Думаю, что порядок условий правильный, ведь любое дело начинается с людей, а всё остальное — только приложение.
По оценкам правительственных чиновников, в ближайшие 10 лет России понадобится около 150 тысяч (!) специалистов в области нанотехнологий. Откуда их взять и как подготовить? Государство предполагает пригласить талантливых российских учёных, уехавших работать за рубеж, и предоставить им лучшие условия для работы. Отличная идея, только нужно учитывать, что многие из этих людей уже очень прочно закрепились на новых местах. Разумеется, кто-то приедет, но ставку нужно делать на развитие собственных учебных центров и создание здесь, в России, условий для подготовки инженеров-нанотехнологов.
Один из таких центров создан в Зеленограде, в Московском государственном институте электронной техники (МИЭТ). Изначально центр занимался исследованиями в области сканирующей зондовой микроскопии (об этом журнал писал ещё в №11 за 1990 г.). Сейчас центр «Зондовая микроскопия и нанотехнология» превратился в отлично оборудованный учебно-научный центр, где учатся и проводят исследовательские работы студенты и аспиранты МИЭТа, проходят переподготовку специалисты многих отечественных предприятий и институтов и даже школьники во время каникул знакомятся с основами нанотехнологий.
За почти 15 лет работы центра около 30 его выпускников уехали — увы! — за рубеж. Но начиная с 2003 года, то есть с того момента, когда возникла и стала осуществляться государственная программа развития нанотехнологий, отъезд прекратился, появилась реальная возможность развивать исследования и производства в России. Что же изменилось?
Да, собственно говоря, начали понемногу выполняться второе и третье условия развития технологии, о которых мы упомянули в начале статьи: появились реальные деньги, вложенные в реальное новое оборудование. Сейчас уже в 78 вузах и образовательных центрах страны имеются учебно-исследовательские микроскопы, позволяющие проводить работы по зондовой микроскопии и нанотехнологии. Один из таких классов организован в МИЭТе. На пяти рабочих местах студенты своими глазами видят, как выглядят углеродные нанотрубки и эритроциты, могут самостоятельно выполнить «наночеканку» на лазерном диске. Летом после сессии класс принимает студентов и аспирантов других вузов и школьников Зеленограда.
В институте выполнен довольно объёмный инновационный проект, результатом которого стало оснащение научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнология» отечественным нанотехнологическим комплексом «Нанофаб». За короткое время студенты и аспиранты научились создавать на этой установке нитрид-галлиевые структуры для сильноточных транзисторов, соответствующие современному мировому уровню. На ней же проводятся лабораторные студенческие работы по заточке зондов атомно-силовых микроскопов с помощью фокусированных пучков ионов галлия. Крайне важно, что это не просто студенческая «лабораторка» — «сделал и забыл», а реальный технологический процесс. Подготовленные студентами и стажёрами зонды используют для работы многие исследователи. Надо отметить, что после заточки цена зонда увеличивается в 10 раз. Это ли не показатель эффективности работы?
После окончания обучения большинство наших выпускников устраивается на работу в ведущие исследовательские организации. А некоторые остаются у нас и продолжают исследовательскую и учебную работу в стенах родного института. Так, в 1999 году к нам в лабораторию пришёл Иван Бобринецкий, и вот уже десять лет он успешно работает в центре. Защитил кандидатскую диссертацию, а к своему тридцатилетию подготовил уже докторскую — она посвящена созданию элементной базы наноэлектроники. Именно ему через четыре года после того, как в компании IBM был создан полевой транзистор на основе углеродной нанотрубки, удалось воспроизвести этот результат на отечественной базе. Со своими коллегами (ещё более молодыми, чем он сам) Иван создал экспериментальные образцы более совершенных транзисторов на основе сеток из углеродных нанотрубок, которые оказались весьма чувствительными к токсическим парам и газам. Появилась возможность организовать производство высокочувствительных датчиков-сенсоров.
Студент 5-го курса Влад Кондрашов разработал и самостоятельно изготовил установку для выращивания углеродных наноколец. Это уникальные образования, в которых может течь слабозатухающий ток, в результате колечко становится маленьким магнитом. На установку подана заявка на патент.
Выпускник центра кандидат технических наук Антон Строганов организовал своё малое предприятие и выпускает учебно-исследовательские установки роста углеродных нанотрубок. Разработанная установка отмечена многими медалями, два раза участвовала в выставках на Международных экономических форумах в С.-Петербурге. Покупают такие установки вузы страны для подготовки студентов по нанотехнологиям.
И это лишь несколько примеров из хотя и небольшой, но уже довольно богатой истории центра. Нам, педагогам старшего поколения, очень приятно видеть блеск исследовательского азарта в глазах молодых коллег — студентов, аспирантов, стажёров. Первое условие нашей теоремы выполнено, второе и третье, кажется, тоже начинают выполняться.
Статья напечатана в октябрьском номере журнала «Наука и жизнь» за 2009 год.
