Каковы границы нанообъектов? Как изменяются свойства объекта при маленьких размерах? В каких областях применяются нанотехнологии? Об этом рассказывает кандидат физико-математических наук Алексей Акимов.
Почему нам так интересны нанометровые размеры? Откуда взялась область нанотехнологий? Есть одна характерная величина, которая присутствует в нашей жизни, — это свет. Средняя длина волны видимого света — полмикрона, 500 нанометров. Это характерный барьер: все, что больше этого размера, мы легко можем увидеть с помощью света, все, что меньше, мы не можем уже увидеть во всех деталях. Это определило некоторый психологический барьер: нанометровое — значит, невидимое и любопытное.
Если мы переходим от размеров, равных длине волны света, к размерам много меньшим, свет перестает различать структуру, он начинает видеть нечто композитное. Примером могут служить крылья бабочки. Все знают, что они разноцветные, очень красивые, но, может быть, немногие знают, как они устроены. Они состоят из мелких капиллярных трубочек, размер каждой много меньше длины волны, они формируют фотонные кристаллы. Их свойства определяются именно размерными свойствами этих трубочек. Таким образом, получается, что нанотехнологии — это целый новый мир. Это мир, в котором за счет размера меняются свойства объектов, меняются их видимые свойства, их проводимость, меняется их жесткость.
В силу технологической направленности нанотехнологий ими занимается много людей. Это прежде всего химики, которые умеют растить объекты любого размера (в зависимости от времени реакции вы можете вырастить маленький шарик или большой). Роль химиков в этой области огромна, они умеют синтезировать эти материалы. Это микроэлектронщики, которые учатся делать очень маленькие объекты для компьютеров, микросхем. Для них все эти процессы очень важны, потому что, когда вы строите транзистор, с одной стороны, вы не хотите, чтобы его свойства вдруг изменились, из-за того что его сделали немного меньше, с другой стороны, если уж свойства поменялись, вы хотите их использовать. Может быть, сделать более эффективный транзистор. С третьей стороны, вы хотите просто уметь сделать размер достаточно маленьким, потому что природа дает вам не так уж много способов это сделать. Изучение этих способов очень важно. В эту область приходят также физики, инженеры, которые пытаются изучить свойства материалов, научиться конструировать материалы с заданными свойствами, научиться строить излучатели, которые эффективно излучают свет, и поглощатели, которые эффективно усваивают свет, строить эффективные солнечные батареи и многие другие устройства.
Алексей Акимов – кандидат физико-математических наук, руководитель группы «Квантовые симуляторы» Российского квантового центра, преподаватель МФТИ, сотрудник ФИАН, исследователь в Harvard University
