Техника - молодёжи 2008-04, страница 8

Прикладные возможности применения нанотех-нологических разработок поистине огромны и включают в себя различные производства, целые отрасли: энергетику, медицину, фармакологию, генную инженерию, коммуникационные и компьютерные технологии, конструкционные и строительные материалы, оптику...

Формирование рынка нанотехнологической продукции можно условно поделить на три этапа.

Первый — это уже имеющиеся продукты, нано-дисперсные материалы: покрытия, керамика, композиты, катализаторы, мембраны, светодиоды и др.

Второй этап — продукты, которые будут готовы к выходу на рынок через несколько лет, то есть в краткосрочной перспективе. В этой группе — на-нометровая электроника, фармацевтика направленного действия, преобразователи солнечной энергии, наноуглеродные материалы.

Третий этап — то, что будет достигнуто в средне-или долгосрочной перспективе, через 8-10 и более лет. Эта группа, к которой можно отнести продукцию нанобиотехнологий, гибридные биоэлектронные устройства, наноэлектромеханические системы.

Насколько конкурентоспособна наша страна в области нанотехнологий? Мы в значительной мере сохранили свой научный потенциал, располагаем высококвалифицированными кадрами мирового уровня, мощной междисциплинарной научно-техни-ческой базой (высококлассные синхротронные¹ источники и источники нейтронов, атомно-силовая микроскопия² и многое другое). Есть направления, где российские и советские ученые стали первооткрывателями, достигнув результатов, положивших начало развитию новых научных течений. Среди них — получение ультрадисперсных материалов, теоретическая разработка и проектирование одно-электронных приборов³, работы по сканирующей зондовой микроскопии⁴ и ряд других направлений.

В России уже производится целый ряд нанопроду-ктов, востребованных на рынке: наномембраны, на-нопорошки, нанотрубки. Большой прорыв сделан в наноэлектронике, успешно внедряются новые открытия в медицину. И, что даже важнее, чем отдельные достижения на разных направлениях, — у нас

В 1999 году по инициативе академика Е.П. Велихова было принято реше ние организовать Курчатовский центр синхротронных исследований (КЦСИ), его директором-организатором был назначен член-корреспондент РАН Михаил Валентинович Ковальчук. Коллективу КЦСИ в кооперации с другими научными организациями удалось успешно завершить реализацию масштабного научно-технического проекта по разработке и созданию уникального комплекса экспериментальных станций на базе первого в России специализированного источника синхротронного излучения (СИ). Курчатовский источ- ^--—

ник СИ представляет U1, jfc^-LJL fS^^Tr^^i

собой сложную техни- ^ (у I *

ческую систему, в со- i«' ♦ Ш

став которой входит ^^L

линейный ускоритель J _л

копительное кольцо

электронов 450 МэВ й I■ /^Ж

большое накопитель- . l ^ i • " /i'

ное кольцо «Сибирь- _ Ж» ilr ..JPfl^^^H

_ _ испыташ свеаШ^ШЩ'его виг^ттра перед установ-

с энергией электро- _/п z /

J. ^г кои. (Вигглер - специальный электромагнит, предназна-

нов 2,5 ГэВ и током до ченный^я гещрёШшЯЬотго излучения)

100 мА. Накопитель

«Сибирь-1» предназначен для проведения работ в области вакуумного ультрафиолета, «Сибирь-2» — в рентгеновской области.

В настоящее время на синхротроне уже функционируют 15 исследовательских станций, позволяющих в числе прочих возможностей определять структуру нанообьектов с субатомным разрешением, создавать и исследовать двумерные наносистемы, проводить медицинскую диагностику, исследовать биологические объекты для генной инженерии.

Программа исследований на Курчатовском источнике СИ включает работы по белковой кристаллографии, физическому материаловедению, в том числе радиационному, развитию фазочувствительных рентгеновских методов исследования конденсированных сред и наноструктур органической и неорганической природы, изучению структуры поверхности, тонких пленок и приповерхностных слоёв кристаллов, развитию новых методов медицинской диагностики, в частности на основе регистрации фазового и рефракционного контраста, технологии глубокой рентгеновской литографии.

Курчатовский источник СИ является установкой коллективного пользования и может применяться для проведения исследований специалистами широкого круга организаций.

' Синхротрон — циклический резонансный ускоритель электронов с орбитой постоянного радиуса, растущим во времени управляющим (ведущим) магнитным полем и постоянной частотой ускоряющего напряжения. (БСЭ)

В настоящее время в Российском научном центре «Курчатовский институт» создаётся уникальный нанотехнологический комплекс, включающий такие установки национального значения, как специализированный источник синхротронного излучения и исследовательский нейтронный источник на базе реактора ИР-8. (Прим. ред.)

• Атомно-силовой микроскоп (АСМ) — сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы каншлевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца. Может исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности, а также работать с органическими молекулами. Разрешение по горизонтали достигает атомарного, по вертикали — существенно его превышает

АСМ изобретён в 1986 году Г. Биннигом, К. Гербером и К. Гвэйтом в США. Применяется для снятия профиля поверхности и для изменения её рельефа, а также для манипулирования микроскопическими объектами на поверхности. (Sugimoto Y. et al., Chemical identification of individual surface atoms by atomic force microscopy, Nature 2007, №446,6.) В настоящее время зеленоградское предприятие ЗАО «НТ-МДТ» экспортирует АСМ своей разработки и изготовления, а также комплексные лаборатории на их основе более чем в 20 стран, в том числе в Японию, США, Тайвань, Францию. (Прим. ред.)

³ Одноэлектронные приборы (0П) — твёрдотельные устройства дискретной электроники, изменение логического состояния которых достигается посредством управления отдельными электронами. Главный элемент, обеспечивающий функционирование 0П, — туннельный переход (барьер) с чрезвычайно малой электрической ёмкостью. Физическая реализация 0П представляет собой структуру с нанометровыми размерами по всем трём измерениям.

Основы «одноэлектроники» заложены в 1980-х годах работами профессора МГУ К.К. Лихарева. (Прим. ред.)

⁴ Сканирующиая зондовая микроскопия объединяет три основных способа исследования поверхностей:

- сканирующую туннельную микроскопию (CTM);

- сканирующую силовую микроскопию (ССМ);

- близкопольная сканирующая микроскопия (ВСМ).

Первой по времени появилась CTM; микроскоп этого типа был изобретён сотрудниками швейцарского филиала фирмы IBM Г.Биннигом и X. Рорером в 1981 г. В СССР первый сканирующий туннельный технологический микроскоп был разработан и изготовлен в 1987 году в Зеленограде профессором МИЭТа В.К. Неволиным. (Прим. ред.)

5