Знание-сила, 2008 № 07 (973)

Правда, столь же грандиозны и видения противников «нанотехнологии по Дрекслеру». С помощью нанороботов можно установить тотальный полицейский контроль, совершать террористические акты по всему миру, вести жестокие войны, буквально в считанные часы одерживая победы над странами третьего мира...[* К обсуждению опасностей, связанных с внедрением нанотехнологии, мы вернемся в следующем номере журнала.]

Именно эти фантастические картины — поистине религиозные откровения, явленные в наш прагматичный век, — и привлекли внимание к новой научной дисциплине. Она обещала легко разрешить проблемы, одолевающие современное человечество, или. подтолкнуть цивилизацию к гибели. Те и другие видения завораживали. Прекрасное и ужасное неминуемо скрещивались, и в этом перекрестье возникала из пустоты фигура всемогущего робота — творца всех грядущих радостей и бед. Человек то возносился на недостижимую прежде высоту, превращаясь в подлинного повелителя Природы — в подобие Бога на земле, то становился жалким рабом машин, для которых его тело — только коллекция атомов и молекул, из коей можно собирать тьмы и тьмы новых роботов. Сама нанотехнология стала, как казалось многим, наукой, балансирующей на грани фантастики. К Дрекслеру же его коллеги начали относиться как к новому Азимову или Уэллсу, при этом неизменно подчеркивая: «Чтобы осознать возможности, открывающиеся перед нами в наномире, нам не обойтись без фантастических идей».

Сама по себе «нанотехнология» — расплывчатое понятие. Нередко те, кто говорит о ней, вкладывают совершенно разные смыслы. Обобщая их, можно сказать, что нанотехнология — это научное и промышленное направление, которое занимается любыми объектами размером менее ста нанометров — ста миллиардных долей метра. Ее цель — изготовление различных наноструктур или манипуляция ими. Для этого используются эффекты и феномены, которые очевидны лишь на атомарном и молекулярном уровнях.

Особенно ярко проявляются любые поверхностные эффекты. Если в мире макрообъектов многое определено их объемом, то здесь все более важными становятся именно свойства поверхности наноструктур, где и расположена большая часть атомов, составляющих их. Допустим, мы возьмем частицу диаметром 30 нанометров — лишь около пяти процентов ее атомов пребывают на поверхности частицы. Если уменьшить ее размер до 10 нанометров, то уже 20 процентов атомов находится на ее поверхности, а у частицы диаметром в один нанометр там оказывается половина всех атомов. По этой причине макрообъекты и наночастицы, изготовленные из одного и того же материала, обладают разными физическими свойствами. У последних заметно выше твердость и электропроводность, а вот температура их плавления на несколько сотен градусов ниже, чем у традиционных порошковых металлов. Или такой пример: крупицы диоксида титана рассеивают видимый свет, а наночастицы пропускают его, словно они из стекла, но зато поглощают ультрафиолетовый свет. Они представляют собой идеальный фильтр для защиты от вредного излучения.

Другая особенность заключается в том, что поведение всех структур диаметром менее 50 нанометров обусловлено, скорее, законами квантовой, нежели классической, физики. Мы покидаем территорию традиционной науки и переносимся туда, где нас подстерегает что-то неопределенное и зыбкое. Например, здесь наблюдается туннельный эффект. Благодаря ему электронам с определенной долей вероятности удается преодолевать различные барьеры — допустим, зазор, разделяющий металлическую поверхность и наконечник растрового туннельного микроскопа (более точная формулировка этого эффекта такова: «туннельный эффект — это преодоление микрочастицей потенциального барьера в том случае, когда ее полная энергия меньше высоты барьера». — А.В.). Кстати, с помощью того же растрового микроскопа можно не только наблюдать за отдельными атомами, но и манипулировать ими — перемещать их, формируя из них более сложные структуры.

По прошествии двух десятилетий нанотехнология превратилась в очень перспективную отрасль промышленности. Инвестиции в нее исчисляются миллиардами долларов. Все «нано» нынче в моде — от Калифорнии до Камчатки. Все чаще производители сообщают, что при изготовлении их продукции «использованы новейшие нанотехнологии». Это замечание сразу выделяет их товары из потока других, произведенных по старинке. Правда, некоторые из лаков и полимеров, содержащих высокодисперсные добавки, успешно продаются вот уже лет 30 — 40, и лишь в последние годы они стали именоваться «наноизделиями», поскольку это повышает объем продаж.