Нанотехнологии. От алхимии к химии и дальше…

Нужно организовать процессы так, чтобы наноструктуры собирались сами, образуя то, чего бы нам хотелось. Другими словами, это процессы самоорганизации, самоформирования и самосборки.

Решение многих проблем нанотехнологий требует совместной деятельности физиков, химиков, математиков, биологов – общего языка, понятий и моделей – междисциплинарного подхода. Кроме того, именно широкий междисциплинарный взгляд дает понимание того, чего в принципе возможно достичь, чего хотелось бы достичь и – главное – чего хотелось бы избежать. Здесь первостепенное значение приобретает проектирование будущего, в котором технологические, экономические, политические, военные и социальные проблемы оказываются значительно более взаимосвязаны, чем ныне. Это обусловлено совершенно новыми технологическими возможностями.

В самом деле, чтобы нанотехнологии не остались научной фантастикой, они должны найти свое место в экономике, включиться в существующие экономические цепи или создать новые. Это требует активного мониторинга и сопровождения на всех этапах от лаборатории до рынка. Это качественно новый уровень управления, позволяющий решать организационно-экономические проблемы невиданного уровня сложности. Представьте себе, что новые отрасли экономики будут рождаться не раз в несколько десятилетий, а раз в несколько лет.

В настоящее время активно развивается теория самоорганизации, или синергетика. В ней получены важные и значимые результаты, построены интересные модели (слайд 8). Однако все это относится к макромасштабу. Механизмы самоорганизации на наномасштабах только начали изучаться. Чтобы состоялись нанотехнологии, опережающими темпами должна развиваться нанонаука. Другая важная проблема – это образование и подготовка кадров (слайд 9). В настоящее время издательством URSS издается серия книг по синергетике «Синергетика: от прошлого к будущему». Ежедневно продается более 60 книг этой серии. Однако это очень мало. Попытки организовать подготовку специалистов по нанонауке, по компьютерному моделированию нанопроцессов, по синергетике, которые мы предпринимали в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова и Московском физико-техническом институте, пока не дали результатов и не заинтересовали руководство этих уважаемых вузов. Реализация амбициозного российского проекта в области нанотехнологий столкнется с жестким кадровым голодом, утолить который не могут никакие миллиарды.

Приведу еще один пример (слайд 10) Наноструктуры позволяют создавать покрытия с невиданными свойствами. Они позволяют в принципе идеально маскировать объекты. В основе этих работ лежат метаматериалы, существование которых было предсказано Виктором Георгиевичем Веселаго в 1967 году. Эта работа нобелевского уровня не была замечена и оценена около 40 лет. Но сейчас именно она определят развитие большой области нанофизики. Однако для того, чтобы проектировать наноматериалы, требуются уникальные компьютерные расчеты. На слайде представлено распространение волны в таком материале, рассчитанное в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН и потребовавшее новых моделей, принципиально новых алгоритмов и расчетов на многопроцессорных комплексах (слайд 11). Насколько нам известно в других организациях и странах мира так считать пока не умеют.

Реализация идеи Веселаго требует внесения в материал наночастиц, сравнимых по размерам с длиной волны. Эта же идея лежит в основе фотонных кристаллов – объектов, позволяющих маскировать предметы и эффективно управлять падающим излучением (слайд 12)

Иными словами принципиальное значение в нанонауке и нанотехнологиях имеют

системы математических моделей нанопроцессов;

компьютерные расчеты на кластерах и суперЭВМ;

специалисты, готовые взяться за эти задачи.

В нейронауке можно идти от простейших структур, от уровня атомов к созданию сложных объектов, но можно двигаться иначе: вначале разобраться с организацией сложных систем, понять, что же мы хотим сконструировать и на каких принципах и потом для этого искать адекватный строительный материал на наноуровне. В США комплекс исследований, связанных с таким подходом называется NanoBioInfoCognito. Этими проблемами занимались выдающиеся математики: Дж. фон Нейман (теория самовоспроизводящихся автоматов), Алан Тьюринг (вычислительная сложность) и Роджер Пенроуз (физические основы сознания) (слайд 13).

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Дополнительные материалы

Предварительный усилитель
Микроэлектроника - это область электроники, занимающаяся созданием электронных узлов, блоков и устройств в миниатюрном интегральном исполнении. Ход развития электроники был предопределен резким увеличением функций, выполняемых РЭА и по ...

Случаи выздоровления - не случайны!
Еше древние философы поняли, что по частице мира можно сделать некоторые верные заключения о его недоступной части. Так и глубокий ум, помещенный в камеру с зеркалом, изучая только себя, способен догадаться о многом. Рак считается наст ...

Об истории изобретения и распространения бумаги
«Бумага — продукт перетирания лохмотьев и тряпок, коль скоро сделана и отдана под печатный станок, превратившись в книгу или газету, приобретает беспримерное могущество, становится всемирным владыкой. Она изменяет наши идеи и нашу рел ...

Разделы

Электромагнитный импульс как оружие

История вопроса и современное состояние знаний в области эми.

Лабораторные стенды в учебном процессе

Обзор и сравнительный анализ существующих стендов.

Аспекты технического знания

Технический объект и предмет технических наук.

Сварка металлов плавлением

Классификация электрической дуговой сварки.

Распределение примесей в кремнии

Описание процесса зонной плавки и ее математическая модель.



Наука сегодня и вчера - www.anytechnic.ru