Диалоги (июнь 2003 г.) - Александр Гордон

Александр Гордон: всё-таки, наверное, не жизнь, а образ жизни.

А.З. Образ жизни, да. Но прежде чем говорить об этом, конечно, нужно определить, что такое эти нанофизика и нанотехнология. Обычно, когда говорят о нанотехнологии, нанофизике, то речь идёт о создании и исследовании систем или объектов, у которых хотя бы одно измерение, хотя бы один размер находится в интервале между одним нанометром и сотней нанометров. Это определение. Ну, я напомню, нанометр – это 10 в минус девятой метра. Естественно сравнить его с самим атомом. Обычный размер атома два с половиной ангстрема, то есть на одном нанометре могут быть расположены 4 атома примерно. Если мы возьмём кубик со стороной в два с половиной нанометра, то в этом кубике будет всего тысяча атомов, тогда как в привычных нам макроскопических телах число атомов измеряется астрономическими числами. Вот таковы нанообъекты. Таким образом, в этом определении, которое я сделал, главное – размер. Это определение звучит немножко разочаровывающе. Можно сказать, что если дело только в длине, то вряд ли есть необходимость выделять в отдельное направление нанотехнологию, ведь мы уже имеем микроэлектронику. Микроэлектроника работает в микрометровом диапазоне, она сейчас даже переходит в субмикроны. Таким образом, может быть, здесь речь должна идти не о революции, а об эволюции, поскольку просто мы переходим в новый диапазон длин. Но считается, что нет. Тем не менее, всё ж таки речь здесь идёт о революции.

Можно отметить несколько факторов, кардинально отличающих наномир от микромира, нанотехнологию от микротехнологии и т.д. – важных отличий вот этой самой грядущей нанотехнологической революции от микроэлектроники. Но я отмечу только два.

Первый – из области физики. Эта область от одного нанометра до сотни нанометров – это переходная область – от классики, где господствует классическая физика, к атомам и молекулам, где господствует квантовая механика. Это переходная область. Здесь сходятся эти два типа закономерностей и сосуществуют. Поэтому объекты этой области обладают новыми, более богатыми свойствами. И поэтому нанотехнология создаёт структуры с новыми свойствами, которые ещё нам неизвестны, и мы с таким положением дел ранее не встречались. Например, мы привыкли думать, что для того чтобы изменить свойства материала, нужно изменить его химический состав. В наномире же появляется новое качество. Размер и форма нанообъекта могут существенно повлиять на его оптические, магнитные, электрические свойства, даже на цвет. Это всё с точки зрения квантовой механики понятно, но новым является то, что в принципе, можно сейчас делать такие вещи. Это первое.

Второе отличие несколько иного свойства. Микроэлектроника, микроэлектронная технология, она работает в области информационной техники. То есть, это технология для информационной техники – компьютеры, например, и так далее. А нанотехнология ставит более грандиозные задачи. Она стремиться внедриться и преобразовать фактически все сферы человеческой жизнедеятельности.

А.Г. Это универсальный инструмент, который мы можем получить.

А.З. Именно так. То есть новые материалы, созданные искусственно, атом за атомом. Каковы области применения нанотехнологии? Конечно, это информационная технология, медицина и фармакология.

А.Г. Биомедицина.

А.З. Конечно, транспорт, госбезопасность и так далее.

А.Г. Криптографию вы имеете в виду.

А.З. Да, это всё под, можно сказать, сферой влияния нанотехнологии. Лозунг нанотехнологии: почти всё, что может быть сделано человеческими руками, должно быть или может быть сделано методами нанотехнологии. Потому что всё состоит из атомов, и всё поэтому можно сделать искусственно из атомов. Это лозунг смелый, но таков лозунг нанотехнологии. Вот поэтому это – революция.

Несколько слов или точнее, несколько исторических замечаний, как она всё ж таки возникала. Точкой отсчёта нанотехнологии считается знаменитый доклад американского физика Ричарда Фейнмана – хорошо известного всем Нобелевского лауреата. В 1959 году он прочитал доклад, который назывался так «There is Plenty of Room at the Bottom», если перевести вольно на русский язык, это примерно звучит так: имеется огромное поле деятельности на атомном уровне. Но вы знаете Ричарда Фейнмана.

А.Г. Зная его, можно было перевести почти дословно: «внизу места навалом» или «внутри места полно».

А.З. Так оно и есть, да. Фейнман – это блестящая личность. На мой взгляд, это личность калибра гигантов Возрождения. У него удивительный и разносторонний ум. Это и колоссальное провидение. Вы знаете его учебник, фейнманские лекции по физике, у него удивительный тотальный взгляд на природу. Он сложнейшие вещи студентам мог объяснить очень просто, сложнейшие вещи, которым посвящена громадная литература. А после этого профессионалы подхватывали его находки и до сих пор этим пользуются. И со всем этим сочетается его колоссальный и мощный талант аналитика. И за это он Нобеля получил. Вот таков Фейнман.

Так вот он в своём докладе сказал такие слова, и это был его главный тезис, что все приборы (это был 1959-й год), которые сейчас есть, эти вот лампы, триоды, диоды, пентоды, транзисторы, триггеры – всё это, друзья мои, можно и нужно делать из атомов и молекул, собирая их из атомов, и так далее. И это первое.

И второе – он призвал научную общественность: давайте делать такие приборы в наших лабораториях, которые позволили бы нам измерять свойства отдельных атомов и манипулировать ими. Это был 59 год и, конечно, я могу себе представить реакцию публики на это дело, потому что в то время господствовали в электронике огромные лампы или – я ещё застал их – триггеры – основа электронно-вычислительной машины – в то время компьютера, это была коробочка объёмом пол-литра, не менее. А тут такие фантастические идеи.

Это была первая точка отсчёта. После этого в 60-е, 70-е годы развивалась микроэлектроника. А доклад Фейнмана был сделан как раз на заре этой микроэлектроники. Как сейчас мы говорим о нанотехнологии, в то время говорили о микротехнологии. И доклад Фейнмана долгое время был где-то на обочине общего процесса, а процесс продолжался, шло развитие микротехнологии и микроэлектроники. Причём, стартовали, начинали с размеров порядка сотни или десяти микрометров – это начало шестидесятых годов. А к концу 70-х годов пришли к размерам меньше микрона, вышли на субмикронный уровень. И так была создана планарная микротехнология – та, которая сейчас развивается и вовсю работает. Я, кстати, тогда работал в Зеленограде много лет, можно сказать, варился в этом котле. Но могу сказать, что уровень наш, нашей микроэлектроники был вполне приличный.

А.Г. То есть шутка, что «советские микросхемы – самые большие микросхемы в мире» не соответствует действительности?

А.З. По этому поводу я вам могу даже пример привести. То есть уровень был приличный. Я вот уже поездил довольно много после этого по миру и могу сказать, что он определённо был выше тогдашнего европейского уровня. И не ниже среднего американского и японского – это и американцы признавали. Вот такова была картина. Потом всё это, конечно, рухнуло – очень сильный удар был нанесён перестройкой.

Конкретно, я и мои коллеги, мы занимались сверхбольшими интегральными схемами на магнитных доменах – «магнитных пузырях» – так это называлось. Ну, сделали эти схемы, внедрили. Они довольно хорошо пошли в то время: у нас, и в Штатах, и в Японии такие схемы делали – но они не выдержали конкуренции с дисками. Это был, конечно, проигрыш, но это не было поражением. Поскольку диски получили в результате этой конкурентной борьбы такой колоссальный импульс, которым они до сих пор пользуются. И удваивают через каждые полтора года свою плотность записи и быстродействие. Это я считаю результатом той самой конкурентной борьбы.

А кроме того, мы получили колоссальное количество научного знания о магнетизме. Это был колоссальный прорыв для магнетизма. До сих пор мы этим пользуемся.

Вот это были 60-70-е годы. Ну и результат этой технологической деятельности – это кремниевая технология. Пентиумы, сотовая телефонная связь – всё это результат этой деятельности 60-70-х годов. До сих пор это всё продолжает развиваться и приносить плоды.

Следующий шаг – 80-е годы принесли новый колоссальный прорыв, но уже в нанонаправлении. Бининг и Рорер – швейцарские физики из Цюриха, из лаборатории фирмы IBM, сделали так называемый сканирующий туннельный микроскоп. Это Костя знает хорошо, вы тоже знаете это, конечно.

Этот микроскоп даёт возможность прямо наблюдать атомы и электронную плотность на поверхности. Это довольно простая, в принципе, штука. Представьте себе платформу, которая может ползать по поверхности кристалла с нанометровым разрешением. Она управляется пьезо-приводом, к этой платформе крепится игла с атомным разрешением. Она плавает над поверхностью на расстоянии примерно от одной десятой нанометра до нанометра. Измеряя туннельный ток, мы измеряем электронную плотность. Просто. Но это колоссальный шаг вперёд. И потом уже позднее, на базе этого открытия, этого прибора, целая плеяда новых приборов появилась.