В журнале Science, возможно, самом уважаемом научном издании мира, слово Novosibirsk встречается нечасто — за последние пять лет, например, это случалось всего семь раз. Зато имя заведующего лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктур Института физики полупроводников СО РАН Виктора Принца в Science упоминают регулярно. Его работы успели перевернуть мир нанотехнологий за несколько лет до того, как Россия неожиданно решила стать мировой нанодержавой. Новосибирский физик первым на планете научился придавать любую форму пленке толщиной в одну молекулу, превратив эту технологию в основу для создания суперматериалов и суперкомпьютеров будущего. В январе лаборатория трехмерных наноструктур выиграла конкурс интеграционных проектов СО РАН с материалом, который, вполне возможно, позволит делать предметы невидимыми. Это дало проекту НГС.НАУКА повод обсудить с Виктором Принцем множество увлекательных вопросов — как получить Нобелевскую премию, почему нанодвигателям нужен свой Генри Форд, сколько стоит сделать шапку-невидимку, а успехи российского нанотеха наоборот — видимыми.
Метод создания трубок диаметром в несколько десятков атомов, открытый в вашей лаборатории, сегодня уже называют «принц-технологией». Что именно вы открыли?
Мы сумели первыми в мире отсоединить от полупроводниковой кристаллической пластины пленку толщиной до 5 ангстремов (ангстрем — приблизительный размер атома водорода. — П.М.) и свернуть эту пленку в трубку. Это стало своего рода революцией: до нас такие пленки были толщиной минимум около 5000 ангстремов.
Технология, которую мы создали, стала началом перехода от плоских наноструктур, которые сейчас используют в электронике, к трехмерным структурам, образующим любые формы и массивы. Причем эти структуры совместимы с существующими технологиями, в том числе с полупроводниковыми интегральными схемами. Их можно изготавливать из самых разных материалов, включая полупроводники, металлы или их гибриды.
Можно было достичь гораздо более впечатляющих результатов. Десять лет назад, после того как мы сформировали пленку толщиной в одну молекулу, я ставил задачу — сформировать предельно тонкую пленку толщиной в один атом, однако в нашем институте идею не поняли и не поддержали. Вариант решения этой задачи был осуществлен в Англии пять лет назад русским ученым Константином Новоселовым, ныне гражданином Англии. Его работа вызвала огромный интерес, и в прошлом году он уже выдвигался на Нобелевскую премию.
Куда двинулись вы, когда осознали потенциал технологии?
После выхода нашей работы идею подхватили во всем мире, огромное количество ученых занялось нашими нанотрубками. А мы пошли дальше — только трубки нас не устраивали. И сегодня это сотни различных форм, используемых нами для создания сенсоров, наномоторов, инструментов для молекулярной биологии и так далее. Кроме того, речь идет о создании метаматериалов — то есть материалов с искусственно заданными свойствами, которых нет в природе.
Месяц назад на международной конференции по метаматериалам в Австрии наш доклад о киральном метаматериале признали прорывным. Этот материал предназначен для динамического управления поляризацией электромагнитного излучения, включая управление терагерцовыми излучениями, которые сейчас активно применяют в системах безопасности и в медицине.
Другое направление — это магнитные и мощные электростатические нанодвигатели. Ими можно оснащать нанороботов, которые будут циркулировать в крови, доставлять лекарства, делать микрооперации и так далее.
Мы создали лабораторные образцы оригинальных нанодвигателей, которые управляются либо магнитным полем, которое проникает через человека, либо напряжением всего в один-два вольта — то есть фактически могут управляться светом, если подсоединить к двигателю фотодиод.
Еще одно направление — это инструменты для работы с отдельными клетками. Размер клетки — порядка пяти микронов, это раз в десять меньше диаметра волоса. Сейчас даже в лучших лабораториях для проникновения в клетку используют стеклянные трубки, которые могут ее разрушить. Мы же создали нанометровые трубочки с атомноострыми краями.
Через такие шприцы в клетки можно вводить ДНК, работать с ферментами и так далее. Мне кажется, будущее лежит именно в этой сфере: нанозаводы в живых клетках будут работать на человечество.
В чем смысл проекта, с которым вы победили в конкурсе СО РАН?
Это метаматериал с отрицательным коэффициентом преломления — основа для «экранов невидимости». Американцы уже сделали такие экраны — но только в СВЧ-диапазоне. Мы создали метаматериал для терагерцевого диапазона, и теперь наша задача — перейти к инфракрасному и видимому диапазону. И мне кажется, у нас есть все шансы это сделать.
В отличие от обычного материала, который состоит из молекул и атомов, метаматериал состоит из электромагнитных резонаторов. Свет взаимодействует с ними иначе, чем с атомами. Американцы, которые работали с плоскими наноструктурами, добились невидимости, если излучение падает под одним углом.
Мы же можем делать трехмерные резонаторы и фактически создать шапку-невидимку. Я часто говорю студентам, что любые фантазии, не противоречащие законам физики, реализуются.
Однако что с этими разработками делать дальше — непонятно. На Западе вокруг каждого университета — десятки фирм, которые только и ждут, когда кто-то даст идею, из которой можно сделать продукт. А нашим институтам сегодня вообще запрещено что-либо производить — только заниматься исследованиями. Фирм вокруг института тоже не наблюдается. При этом если на само исследование нужно потратить одну условную единицу финансирования, то на работающий образец — уже десять единиц, а на внедрение в производство — сто единиц.
Недавно в Новосибирск приезжали эмиссары госкорпорации «Роснано» в поисках разработок, которые можно профинансировать. Какие у вас впечатления от общения с ними?
Это очень грамотные, умные менеджеры, и они действительно пытаются что-то сделать. Однако они плохо представляют себе суть науки: им хочется получить готовый продукт, который осталось немножко доработать и внедрить, чтобы через год-два начать зарабатывать. Так их ориентируют сверху. По-видимому, на нанотехнологиях низшего уровня так можно что-то заработать, однако в действительно высокие технологии надо сначала вложить.
На переднем крае науки в России работает около десятка групп. При этом оборудование этих групп намного хуже, чем у коллег в Сингапуре, и на порядок хуже, чем в Америке.
За рубежом мы успеваем за месяц сделать больше, чем здесь за год. Потому что здесь для изготовления нанопродукта мне нужно раз восемьдесят съездить в другой корпус, восемьдесят раз договориться с человеком из другой лаборатории, который обычно говорит, что сегодня все занято и просит позвонить через неделю или месяц.
Помощи от инвесторов вы тоже не ждете? Если банкиры — по крайней мере, до недавнего времени — финансировали ипотеку сроком на двадцать лет, почему бы им не вложиться в разработку?
Мне приходили предложения — оплатить зарубежное патентование или продать разработку. И то, и другое неприемлемо. Чтобы довести разработку до продукта, нужны сотни единиц очень дорогостоящего оборудования — стоимость каждой единицы доходит до миллиона долларов. Найдите банкира, который будет рисковать такими деньгами. Хотя на Западе такие люди есть — потому что инфраструктура, которая обеспечит развитие, уже заложена, а государство вложило большие деньги в оборудование.
Мне и моим сотрудникам удалось поработать в институтах Швейцарии, Германии и Японии. Там каждый имеет право работать практически на любом имеющемся оборудовании. Там сотни установок, каждая из которых стоит миллионы и эффективно используется. В Японии мне хватило недели, чтобы сделать то, что здесь я пытался повторить в течение нескольких лет! Это страшная вещь.
Ждать позитива российскому нанотеху неоткуда?
Во-первых, позитив в том, что Россия каким-то своим путем в итоге выбирается из любой ситуации. Кроме того, мне очень нравится одна идея. Был такой русский ученый, экономист Николай Кондратьев. Он выдвинул теорию развития капиталистической экономики большими полувековыми циклами. Вычислил периодичность, с которой в капитализме рост сменяется кризисом, выявил причину, по которой экономика в итоге из кризиса выходит. Каждый новый цикл начинается со знаковых инноваций, которые меняют структуру производства и потребления.
Нужна инновация, выгодная для вложений. Вот придумали паровой двигатель, пошли мануфактуры, капитал заработал. Через несколько десятков лет — насыщение и кризис. Появляется двигатель внутреннего сгорания — новый виток. И всякий раз этот виток связан с новым продуктом. Последний виток — это компьютеры, мобильная связь, интернет. Однако с 2000-х годов насыщение электроникой началось даже у нас в стране. При этом, по теории Кондратьева, новый подъем всякий раз связан с инновацией, которую заложили еще во времена начала кризиса. А если оглянуться и посмотреть, что заложено сегодня — это могут быть только био- и нанотехнологии. Это новые наноматериалы с новыми свойствами, которых нет в природе, новая эффективная наномедицина. Однако, как объясняет все тот же Кондратьев, сначала инновация должна превратиться в массовый продукт.
Бензиновый двигатель и автомобиль были известны задолго до Генри Форда, но только он сумел сделать их дешевыми и начать автомобильную эпоху. Наш вклад я вижу именно в том, что созданную нами технологию можно сделать очень дешевой.
Разработки, которые можно поставить на конвейер, уже существуют?
Все, что сегодня есть в лабораториях, в том числе американских, — это единичные экземпляры. И нужен такой человек, как Форд, или огромное количество китайцев, которые смогут сделать производство дешевым. И тогда произойдет переворот в экономике, качестве жизни и так далее.
И если сегодня люди спокойно работают со свободными пленками толщиной в один атом — в том числе в нашей лаборатории, — это значит, что для переворота все подготовлено. Но только при условии, что есть фирмы и оборудование. Как выйти из этой ситуации? Одно решение предлагает все тот же Роснанотех. Они хотят построить под Москвой целый город, который займется нанотехнологиями. Но откуда они возьмут специалистов? Когда я задавал им этот вопрос, они ответили, что если понадобится, купят специалистов за рубежом. Я в этом сомневаюсь. Здесь не обойтись даже сотнями людей — нужно покупать сразу тысячи специалистов, которые вдруг махом решат забросить свои американские лаборатории и поехать в Россию. Еще Менделеев говорил, что технологии должны быть отечественными. Технологии мы должны создавать сами. Пока радует хотя бы то, что такое желание у государства есть.
Сообщает НГС |
