русский     english

поиск по сайту:  
Сегодня 25 апреля 2018 г. среда
Написать письмоКарта сайтаНа главную
О нас Фотогалерея Обратная связь Контакты
 


belarus

vietnam

moldova

Архив изданий | Нижегородская деловая газета | "Нижегородская деловая газета" № 1 (100) от 08.02.2010 г. | Попытка сравняться с Создателем |


Попытка сравняться с Создателем

8.8KbНижегородский Институт физики микроструктур РАН сегодня один из признанных форпостов науки о наномире. Здесь создают очень тонкие слои полупроводников, занимаются магнитными материалами, структурами «металл­диэлектрик», сверхтонкими пленками и рентгеновской оптикой. «Когда 17 лет назад встал вопрос об образовании института и его названии, – рассказали мне в ИФМ РАН, – то академик Леонид Вениаминович Келдыш, бывший в то время академиком­секретарем отделения общей физики и астрономии РАН, не решился предложить слово «нано» в название института, потому что оно тогда не было на слуху». Назвали по­академически аккуратно: Институт физики микроструктур РАН.

Сегодня название, к примеру, Институт физики наномира, каковым по сути и является ИФМ РАН, звучало бы куда более актуально. Но это – оценка с журналистской позиции, которая в силу своей природы откликается на веяния времени. Фундаментальная же наука не ориентирована на коньюнктуру предпочтений дня текущего, у неё свои путеводные вехи, она решает задачи даже не завтрашнего или послезавтрашнего дня, а живет впереди на поколение. В лабораториях Института физики микроструктур РАН, облачившись в белый халат, надев шапочку и обув на ноги бахилы, которые здесь в так называемых чистых комнатах столь же привычны, как во многих городских поликлиниках и больницах, ощущаешь именно эту фантастическую жизнь впереди поколения.

Вот установка молекулярно­пучковой эпитаксии наноструктур. Описывать её скучно: множество «блестящих железок», большой бочонок, похожий на толстостенную трубу с анодированным покрытием, под разными углами в него врезаны трубы и трубки, фланцы, шланги, провода, таблички «danger», рядом пара шкафов управления процессами с множеством мониторчиков. Вот и всё. Но здесь в условиях вакуума, почти как в космосе, при давлении 10 в минус 11-­й степени мм ртутного столба, получают сверхчистые пленки кремния, в которых на 50 миллионов атомов кремния приходится один (!) чужой атом. А затем выращивают на них всё, что нужно, например, пленку другого вещества в считанные десятки атомов толщиной. Или выращивают на поверхности кремния пирамидки германия, каждая из которых в основании всего в 300 – 500 атомов. Под микроскопом это выглядит как поле, хаотично усеянное разновысокими ребристыми холмиками. А можно сделать, чтобы все пирамидки были одинаковы и располагались в строгом геометрическом порядке. Эти пирамидки выращивают так: помещают снизу кристалл германия, разогревают его и выпаривают атомы вещества, которые, почти как пар в нашем чайнике на кухне, поднимаются вверх, где помещена пластинка кремния. На ней атомы германия и конденсируются. В том, чтобы заставить эти атомы размещаться так или иначе, и есть искусство наноинженерии, ноу­хау управления атомами. Эта «забава» с невидимым невооруженному глазу миром позволяет получить совершенно новые свойства материала, при этом хаотичные пирамидки дают одно, упорядоченные – другое качество, а слоеный «наполеон» из сверхтонких пленок различных веществ – третье.

А вот лаборатория, где ведется разработка уникальной оптики, работающей в рентгеновском диапазоне: такую оптику могут делать только здесь, в Институте физики микроструктур РАН, её у нас закупают известные европейские компании, такие как Carl Zeiss AG. Чтобы хоть как­то приблизиться к пониманию уровня задачи, которая решена в институте, следует учитывать, что длина волны рентгеновских лучей сравнима с межатомными расстояниями в кристаллах, лучи легко проникают через кристаллы, не отклоняясь при этом. Поэтому невозможно изготовить, например, линзу для таких лучей. И при всей этой невозможности рентгеновская оптика, основанная на отражении ренгеновских лучей, есть. У нас она – лучшая в мире. Мало того, здесь же выращивают сверхтонкие пленки для рентгеновских фильтров, несколько слоев различных веществ общей толщиной в сотню атомов. И эти еле заметные мембранки, эти микро­пленочки, оказывается, эффективно фильтруют спектр ренгеновского излучения.

А как вам исследования импульсов света, длительность которых в тысячу раз меньше наносекунды? При этом, сказали мне, за наносекунду свет проходит расстояние в 30 сантиметров. Сколько будет, если разделить это на тысячу? Если я не погрешил в арифметике, световой импульс за это время успеет пройти всего три десятых миллиметра. Много это или мало? Почти пятьсот длин волн света видимого диапазона.

Вот это и есть уровень фундаментальных исследований наномира. Не просто занятия ради любопытства, не некая вещь в себе, не наука ради науки. Это – фантастическая жизнь в будущем. Здесь, в ИФМ РАН, на каждом шагу получаешь доказательство существования иной, непривычной для нас философии жизни, в которой малая частица, самая мизерная, способна изменить свойства сколь угодно большого. И ещё ловишь себя на мысли, что наномир отдан Богом в руки человека как раз для того, чтобы в своём творческом поиске он смог приблизиться к Его возможностям. Не дерзко ли, сравняться с Создателем в устройстве материи?

Об этом, о наномире, а также о том, как живет сегодня передовая российская наука – наш разговор с директором Института физики микроструктур Российской академии наук Захарием Фишелевичем Красильником, профессором, доктором физико­математических наук, лауреатом Государственной премии в области науки и техники.

– Фундаментальными исследованиями структур «маленьких» размеров наш институт занимается на протяжении трех десятилетий. Хотя институту 17 лет, но и до этого мы, как отделение Института прикладной физики РАН, занимались этими же проблемами. Появление нового академического института в Нижнем Новгороде в определенной степени было связано с успехами, достигнутыми в конце 80­х годов под руководством С. В. Гапонова (впоследствии директора­основателя ИФМ РАН, академика) в области высокотемпературной сверхпроводимости. С этим было связано и решение правительства о строительстве нового инженерно­лабораторного корпуса на Казанском шоссе, куда институт переехал в начале 1994 года. Кстати, высокотемпературные сверхпроводящие тонкие пленки – это тоже одно из направлений нанотехнологий, в котором институт работает достаточно давно.

Надо сказать, что физике наноструктур уже много лет: когда Жорес Иванович Алферов в 2000 году стал Нобелевским лауреатом, это была премия за работы в области нанотехнологий, которые были выполнены в конце 60­х, начале 70­х годов. Но премию дали не только потому, что там были блестящие физические результаты, но и потому, что эти научные достижения нашли широкое применение, изменили качество нашей жизни. К примеру, у каждого сейчас есть сотовый телефон, в котором используется так называемый полевой транзистор, который был создан по канонам нанотехнологий и разработан в конце 60­х годов, в том числе благодаря основополагающим работам Герберта Кремера, получившего вместе с Алферовым Нобелевскую премию как раз за эти работы. Ещё один лауреат этой же премии, Джек Килби, получил её за работы, приведшие впоследствии к созданию сверхбольших интегральных схем и современных компьютеров, глобальных информационных сетей – Интернета. Жорес Иванович получил премию за создание полупроводникового лазера на квантовых структурах. А полупроводниковый лазер, как известно, основной элемент в записи и считывании сигналов с компакт­дисков в персональных компьютерах, в устройствах передачи информации по оптоволоконным линиям связи. Вы можете представить сегодня компьютер без компакт­дисков? Или нашу жизнь без Интернета? Но всё это было заложено ещё тогда, более 40 лет назад. И по мере того, как увеличиваются возможности изучения материалов на наноуровне, возникает всё больше представлений, где эти материалы могут быть использованы.

– Сейчас в обществе есть некий всплеск интереса к теме «нано». Ощущаете Вы этот растущий интерес к наномиру и повышенные ожидания от нанотехнологий?

– Надо разделить переменные. Есть фундаментальная наука, и там развитие идет непрерывно и по нарастающей. А есть прикладная сфера, производство, где это развитие идет некими дискретными порциями, потому как новые открытия в наномире порождают в конечном счете определенные инновации в производстве. Но открытия же не происходят каждый день, а путь от открытия до производства растягивается иногда на десятилетия. Для того, чтобы заниматься нанотехнологиями, что­то творить на наноуровне, нужно иметь инструментарий. В конце 80­х годов была присуждена Нобелевская премия за так называемую зондовую микроскопию, вследствие чего появились приборы, позволяющие на нанометровом уровне изучить объект, увидеть его. Когда смогли разглядеть нанообъект, смогли с помощью разных технологий его изменить, появилась возможность сделать что­то полезное и в прикладном плане.

Сегодня в самых различных областях науки ведутся исследования, в которых используются нанотехнологии, наноматериалы. Это и новые краски, и добавки в цемент, и новые покрытия, упрочняющие материал (что важно для производителей режущего инструмента). Удивительные исследования разворачиваются в области нанобиологии. Так что действительно отчетливо виден некий всплеск и интереса, и объемов исследований в области нано.

Одно из направлений, которым занимается наш институт, – создание очень тонких многослойных структур, в которых чередуются слои металла и диэлектрика. Характерная толщина отдельного слоя в них – несколько единиц нанометров, количество слоев – сотни. При этом толщина каждого слоя выдерживается с точностью долей нанометра. Периодическое чередование таких слоев обеспечивает хороший коэффициент отражения рентгеновского излучения, что используется для управления излучением в оптических приборах, работающих в рентгеновском диапазоне. С помощью таких многослойных структур удаётся создать элементы, которые могут повернуть рентгеновский луч, сфокусировать его, либо наоборот, сделать параллельный пучок. Это нашло применение в рентгеновских телескопах, устанавливаемых, в частности, на космических кораблях для изучения излучения Вселенной.

Это актуально и для наноэлектроники. В основе компьютеров лежат большие интегральные схемы, на которых работает вся вычислительная техника. Те, кто занимается их производством, стремятся повысить быстродействие, увеличивая плотность элементов в интегральных схемах. Это стремление привело к тому, что минимальные размеры отдельных элементов этих схем уже сегодня продвинулись к размерам в сотни нанометров. Чтобы сформировать интегральную схему с элементами нанометрового уровня, то есть уменьшить размеры этих элементов до десятков нанометров, нужно при их изготовлении использовать более короткую длину волны (элементы микросхем «рисуются», при этом рисунок какого­то элемента переносится на кристалл с помощью излучения), т. е. переходить в рентгеновский диапазон. Вот здесь и нужны оптические элементы на основе многослойных структур «металл­диэлектрик», с помощью которых можно управлять рентгеновским излучением и, следовательно, делать сверхбольшие интегральные схемы с отдельными элементами нанометрового масштаба.

– В природе нет материалов, способных, как ваши рентгеновские многослойные структуры, управлять рентгеновским лучом. То есть наука, а говоря шире – человечество, проникая в наномир, создает нечто, отсутствующее в природе. Мы придумываем за природу и Бога свой новый мир?

– Будет правильным сказать, что мы что­то заимствуем у природы, а что­то синтезируем, опираясь на открывающиеся в ходе исследований новые свойства материалов. Запоминающимся является простой пример, который я услышал от академика
С. В. Гапонова. Есть кусок мела, которым пишут на доске. Давайте его разломаем пополам, эти два кусочка будут обладать одинаковыми свойствами. Давайте поломаем пополам ещё раз, затем ещё, и так далее. Так вот, оказывается, что есть какой­то размер, начиная с которого, новые части, возникшие в процессе такого уменьшения, приобретают свойства, отличные от свойств целого, того куска, с которого мы начинали это деление.

– А можно, не ломая на части, не экспериментальным, а эмпирическим путем выявлять свойства материала с измененной наноструктурой? Можно конструировать материал на наноуровне для получения заведомо желаемых свойств?

– Конечно. На этот счет есть специальные теории, основанные на квантовых свойствах материи. К примеру, объемный материал арсенид галлия, если использовать его в лазере, способен излучать только одну, определенную его кристаллическими свойствами длину волны. Но в лазере на основе тонких слоев (квантовых ям) арсенида галлия, меняя толщину этих слоев, можно получить другую длину волны излучения. А если заменить арсенид галлия на его твердый раствор с азотом, такой лазер может излучать и синий, и зеленый свет, то есть волны и той, и другой длины. CD­дисководы работают с зеленым лазером, и это – одна плотность записи. Укоротили длину волны, увеличили плотность записи, и появились DVD­диски. То есть, управляя размером, можно подправлять свойства материи. Это раньше было нам недоступно и сегодня оказалось очень важным.

– Наша газета занялась этой темой именно потому, что мы убеждены в том, что нанотехнологии способны кардинальным образом изменить материальный мир. Нам интересно и то, что происходит в этой сфере в России и у нас в регионе, и то, готовы ли мы, наука и производство, к восприятию этого нового. В этой связи хотелось бы услышать Вашу оценку нанотехнологической сферы и в целом инновационного вектора развития нашей экономики?

– У нас, благодаря определенным обстоятельствам, проблемы нанотехнологий приобрели государственный масштаб. И это правильно. Средства, которые государство вкладывает в эти занятия, становятся хоть как­то соизмеримы с тем уровнем, что достигнут сегодня в развитом мире. Фундаментальные исследования, проводимые академическими институтами, поддерживаются специальной программой Президиума РАН. Появились федеральные целевые программы, поддерживающие научно­образовательный процесс в этой области, – вот наш Нижегородский университет выиграл по этой программе очень серьезные деньги, что позволило приобрести хорошее оборудование и на новом уровне выстраивать научно­образовательный процесс.

Но это всё не те действия, которые приводят к продукции, реализуемой на рынке, которые, прежде всего, и интересны вам. Дело в том, что у нас не было до сих пор хорошего механизма реализации крупных инновационных инициатив как системы. И мне кажется, что он появился с возникновением РОСНАНО. Опыт, накопленный пока еще за короткое время в этой госкорпорации, на мой взгляд, поучителен и для других инновационных институтов страны. О чем идет речь? Они разработали многие необходимые атрибуты и определенный инструментарий крупного инвестиционного банка для открытия больших производств. Сейчас они вышли на то, чтобы принимать положительное решение по одной заявке в неделю на открытие таких производств. Это значит, что в стране могут появляться новые современные производства с объемом вложений в несколько миллиардов рублей с частотой одно в неделю. Если этот механизм будет исправно работать какое­то время, это не может не отразиться на увеличении доли инновационной составляющей в промышленном производстве в масштабах всей страны.

Посмотрите, как решаются задачи. В РОСНАНО рассматривали создание производства белых светодиодов и, второй пример, создание производства солнечных элементов у нас в стране. И в том, и в другом проекте заложены принципиальные открытия в области нанотехнологий, исследованиями этими занимались и в России, и за рубежом. В ходе рассмотрения заявки по налаживанию производства энергосберегающих белых светодиодов выяснилось, что целесообразнее закупить почти готовое производство в Германии. Для корпорации не так уж важно, где велись разработки, в России или за рубежом (конечно, лучше бы в России), важно, чтобы у нас в России появлялись современные наукоемкие конкурентоспособные производства.

Так же и с солнечными элементами, где у нас было меньше своих заделов на промышленном уровне, поэтому сначала закупили производство солнечных элементов «под ключ» у одной из компаний в Швейцарии. То есть закупили ту технологию, которая была создана на тот момент. При этом все, в том числе ученые и промышленники, понимают, что производительность солнечных элементов может быть со временем увеличена, над этим вопросом не без успеха работают и у нас, и там, в Швейцарии. И что делает РОСНАНО? Корпорация намерена вложить ещё некоторые средства в исследования в области солнечных элементов, которые ведутся в России, с тем, чтобы повысить эффективность этих самых элементов. А кроме того, В. Вексельберг, который совместно с РОСНАНО вложил деньги в создание производства солнечных элементов в России, целиком закупил всю эту швейцарскую фирму, продавшую нам производство, концерн Oerlikon. Недавно об этом сообщили средства массовой информации. И если теперь там появятся какие­то новые разработки, будет меньше препятствий тому, чтобы они были перенесены сюда, в Россию. Тем самым мы становимся полноценным участником мирового рынка. Это и есть желаемый результат.

– Захарий Фишелевич, газеты редко пишут о науке как таковой. Как живет научный мир? Почему ученые занимаются теми или другими проблемами? Вот мы написали в самом начале материала, что ваш институт – форпост, но как реально оценить это ваше состояние лидера?

– Мы – академический институт. В Академии наук есть свои приоритетные направления исследований, которые вырабатываются разными способами, через обсуждение, прогнозирование и так далее. И не бывает так, что национальные приоритеты в науке были бы направлены в какую­то иную сторону, нежели мировые, хотя спектр национальных приоритетов по тем или иным причинам может быть уже. Институтам РАН поручается проводить исследования в отдельных важнейших направлениях. Такие направления утверждены Президиумом РАН и для нашего института, в частности, в области физики и технологии твердотельных наноструктур. Развивать эти направления – основная задача института. А мерой успеха могут являться уровень и число наших научных публикаций, сообщений на конференциях, наши инновации. Наша задача – быть на уровне лучших мировых лабораторий по тем направлениям, которые нам поручено вести Российской академией наук.

– Тем не менее, я думаю, что оценки места, возможностей, уровня важны. Вот в самом начале Вы говорили о том, что быстро вышли на мировой уровень в исследованиях по высокотемпературной сверхпроводимости, что подтолкнуло определенные организационные решения. Как вы сами чувствуете уровень института? И не только вашего: как в целом работает система оценки ученого и науки в мире?

– Мы живем в достаточно жестких конкурентных условиях. Чем престижнее научный журнал, тем сложнее там опубликовать свои работы, но тем важнее попасть именно туда, потому что весь научный мир его читает. И если вы публикуетесь в этих журналах, это один из критериев успеха. Практически по каждому научному направлению есть важные научные конференции, в которых вы обязаны участвовать, если хотите подтверждать лидерство. При этом редколлегии журналов, или программные комитеты конференций вправе отклонить вас, если работа не на уровне.

– А если этот журнал или конференция организованы некой корпорацией, для которой ваша разработка и ваш институт – конкуренты, и они вас вежливо задвинут за занавес? Я понимаю, что это определенная конспирология, но если в принципе такая модель возможна, то как быть?

– Для фундаментальной науки это не характерно, хотя всякое бывает: конфликты интересов, борьба за приоритет и т. д. Программные комитеты конференций, редакционные комитеты журналов, как правило, состоят из большого круга уважаемых и известных ученых, которые дорожат своим именем, своей научной репутацией. Если ученый, например, в США, дал неаккуратную рецензию для Национального научного фонда, он на семь лет выпадает из числа экспертов и это становится известно, перед ним могут закрыться двери лабораторий, а это заработок, семья, это жизнь.

Научная среда очень публична, каждый ученый стремится свой лучший результат как можно быстрее опубликовать в наиболее престижном научном журнале. В каждом журнале рецензенты из числа таких же ученых с удовольствием в твою статью вгрызутся и скажут, если потребуется, что вот тут у тебя неправильно, и в таком виде статья не может быть принята к печати. То есть существует нормально работающая система обратной связи, где сами ученые следят за «чисто­плотностью», за успехами таких же ученых, что и позволяет поддерживать высокий уровень.

– Научная среда публична, оценки работы ученого объективны. При этом в условиях одинаковых лабораторий он может работать с равным успехом хоть в Америке, хоть в Китае, России или Японии. Таким образом, светлая голова ученого, как и наука – вне национальных границ. Что же всё­таки заставляет ученых работать здесь, а не там? Не искать, может быть, более оснащенных лабораторий и институтов, где он, возможно, сможет лучше раскрыть свой дар?

– Много есть обстоятельств, которые заставляют ученых принимать то или иное решение, в том числе, чем и где заниматься. Есть какие­то частные обстоятельства, а есть фундаментальные. К последним я отношу уровень государственной поддержки научных исследований. Есть определенный уровень государственной поддержки в Китае, Германии, Японии, России, Америке. И везде он разный. И если государственная поддержка науки – определяющий фактор для человека, то очевидно, что будет перетекание туда, где этот уровень выше. Но число рабочих мест счетное. И европейцы стремятся переехать в Америку, потому что в Германии «труба пониже и дым пожиже», но не все же они уезжают. Хотя, безусловно, тенденция такова, что туда, где страна богаче и у государства имеется возможность больше денег вкладывать в науку, попадает больше светлых голов. И с этим никто не поспорит.

Но если человек достиг какого­то уровня успеха у себя в стране, будь то Германия или Россия, а ему хочется чего­то большего, он всегда соразмерит, что он приобретет и что потеряет, собираясь переезжать в Америку. И если барьер, связанный с переменой лаборатории, коллектива, со сменой языка общения, выше, чем те преимущества, которые можно получить там за счет улучшения условий жизни, лучшего оборудования лаборатории и так далее, то этот барьер его остановит. Ведь многие ученые, бывшие здесь достаточно успешными, в том числе, имевшие финансовую самостоятельность, переезжая туда, за всю свою жизнь не подписывают ни одного финансового документа, кроме зарплатной ведомости..

– И последний вопрос, который наша редакция всегда задает своим собеседникам, причастным к миру нано. Приходится слышать о том, что вот­вот с помощью нанотехнологий появятся новые вещества, способные изменить привычную картину мира, избавить нас, к примеру, от старения, что мы на пороге запуска суперэффективных топливных элементов, ведущих к энергетической революции. Чувствуете ли Вы это дыхание наномира?

– Прогнозы в науке – дело неблагодарное. Открытия потому и открытия, что не были предсказаны. XXI век называют веком биологии. Во всем мире вкладываются огромные средства в это научное направление, и в нанобиологию, в частности. Объектом самого пристального внимания является функционирование мозга человека и связанные с нарушениями этого функционирования заболевания. Недавно этому была посвящено специальная сессия общего собрания РАН, на которой в течение двух дней заслушивались доклады членов академии, успешно работающих по этой проблеме. Что же касается эффективных топливных элементов на основе нанотехнологий, то и в этом направлении наблюдается заметная активность в России и мире. Но, наверное, это приемы масс­медиа – разогревать ожидания читателей близостью энергетических революций. Мы же с интересом следим за успехами в этом направлении.

Петр Чурухов



 

6.9Kb

a4

25.6Kb

Дизайн и хостинг Р52.РУ
Copyright © «Курьер-Медиа» 2018

Rambler's Top100