Эволюция технологий
или новая история времени.

Нанотехнология
Что за нанорубежом?

В.Ф. Дорфман

Новое в жизни, науке, технике
Подписная серия, индекс 70077
Радиоэлектроника и связь 11/1990
Из-во "Знание" М90

Дорфман Вениемин Фриделевич - доктор технических наук, специалист в области физических основ технологии микроэлектроники. Его работы хороию известны специалистам Советского Союза и за рубежом.

Предисловие к эллектронному изданию

Научная картина мира, которую прогнозировал Дорфман

В брошюре представлена краткая сводка прогнозов о будущем нанотехиологии, подготовленная автором, которыq посвятил свою профессиональную деятельность размышлениям о будущем и но пыткам ускорить его наступление Материал рассчитан на широкий круг читателей

Прелюдия
XXI век глазами наших современников и далеких предков
Научное предвидение будущей цивилизации

4000 лет назад: мореплаватели открыли, что жидкое масло, разлившись на поверхности моря, на мгновение усмиряет волнение. (С тех пор применяют этот прием, чтобы причалить к берегу или войти в бухту в шторм.) Они не знали, что используют свойства адсорбированных пленок наномстровой толщины и тем самым предвосхищаю*, технологию почти бесконечно далекого будущего. Сейчас хорошо изучено и образование таких пленок, и множество других явлений, которые должны послужить элементами нанотех-нологни. Но последняя пока все еще остается делом будущего.

700 лет назад: Раймунд Луллий, миссионер, теолог, философ, поэт, глашатай площадей, фантаст-изобретатель машины знаний. В 1315 г. он погиб в возрасте 80 лет под камнями фанатиков, но столетиями оставался мишенью злых насмешек скептиков. Но одновременно его дерзкий замысел служил маяком десяткам поколений оптимистов. В середине XX в. эта идея вновь ожила под именем искусственного интеллекта, новой и уже хорошо оформленной математически вертушки Луллий. Микротехнология XX в. претендует на создание искусственного интеллекта. Но лишь нанотехнология XXI в. воплотит его реально.

Конец 1950-х гг.: Роберт Фейнман, один из самых дерзких умов XX в., предложил свою программу развития микротехнологии (еще не родившейся, но собиравшейся вот-вот это сделать) и почти что до абсурда смелую идею создания последовательности машин уменьшающихся размеров, так что каждое очередное поколение машин будет творить свое подобие меньших размеров. В конечном счете миллионы, миллиарды машин будут выполнять все технологические и технические функции. Четверть века 3 спустя Эрик Дрскслер развил эти идеи еще дальше: миллиарды наномашин будут бороздить сосудистую систему человека, усиливая его иммунную систему.

Микротехнология как понятие, характеризующее самостоятельную научно-техническую область, обрело права гражданства совсем недавно почти одновременно с понятием "нанотсхнология". В "Энциклопедии науки и технологии", изданной в Нью-Йорке в 1977 г., термина "микротехнология" нет, хотя сама микротехнология в современном понимании возникла по крайней мере в 1958-1959 гг., а к 1977 г. уже стала "технологическим лидером" века, служила эталоном и источником идей, базой интеллектуализации всех технологий. Ее роль стремительно возрастает. Но уже видны горизонты новой - субмикротехнологии.

Можно ли считать следующие прогнозы ведущих специалистов современности телеграммами из будущего?

Краткая сводка прогнозов о будущем намотехнологии, подготовленных течи, кто посвятил свою профессиональную деятельность размышлениям о будущем и попыткам ускорить его наступление. Слово предоставляется: К.Э.Дрекслеру ¹, автору первой книга по кантехнологаи. члену совета директоров Национального космического общества США; М. Минскому, профессору Массачусетского технологического института; Г.Моравсу. представителю Института роботизации Университета Карнеги-Мсллона. вице-президенту "Америкен Рокен Корпорейшн"; Дж.Уотсону, лауреату Нобелевской премии за расшифровку молекулярной структуры гена, главы самого величественного проекта за всю историю науки и технологии "Геном человека" Н.Уиндеру и Р.Синшеймеру, ведущим специалистам этого проекта; Дж.Алиру, одному из авторов идеи биочипа - биомолекулярной, самовоспроизводящейся структуры размером с живую клетку и способной выполнять сложные электронные функции; другим специалистам ведущих научно-исследовательских лабораторий мира, стремящихся продвинуть перелний фронт технологии в нлиоглубины материи.

На плошали в один квадратный микрометр средствами нанотехнологии будет формироваться 1000 мощных центральных процессоров, каждый из которых, занимая в 1 000 000 000 000 раз меньший объем и потребляя в 1000000 раз меньше энергии, чем лучшие из уже созданных, будет в 100 раз быстрее; обработка информации в канопрокессорах будет основана на физическом перемещении атомов. В наносисистеме объемом 1 кубический миллиметр разместится 1 000 000 000 000 000 000 логических элементов с быстродействием 1 000 000 000 операций в секунду, и параметры мозга будут превышены по компактности в 1 000 000 000 раз, но числу элемен тон - в 1 000 раз, по быстродействию элементов - в 1 000 000 000 раз при одновременном многократном снижении энергопотребления и существенном улучшении организации за счет устранения "проводов".*

1 Drexler Е.К Engines оf creation. Garden Cliy [NY] Anchor Press. - 1986. - 298 p

Другой прогноз. Плотность размещения элементе в наносчетах составит 1 000 000 000 000 000 в кубическом миллиметре, быстродействие будет а I 000 000 paз выше, чем в нейросистемах. * Нанотехнология позволит 4 создавать самовоспроизводящиеся системы с искусственным интеллектом и решать проблемы обеспечения жизни, синтеза материалов и получения энергии в космосе. Роботы, созданные средствами нанотехноло-шн, смогут построить большую космическую станцию за 10 лет при затратах всего 1 000 000 000 долларов*. Миллиарды наномашин будут обволакивать пленкой строящееся здание и "выращивать" его. * Ввиду множества различных проблем и неясности путей их решения создание ЭВМ на органических молекулах станет возможным лишь через 26-30 лет*. Имеется экстраординарная возможность для улучшения существования человечества в ближайшем будущем. Мы будем иметь самый мощный инструмент для понимания себя на молекулярном уровне. Время действовать пришло. Геном человека - полный набор инструкций для построения человеческого существа - будет полностью расшифрован через 15 лет.

* Мы приступаем к не имеющему конца исследованию биологии человека. Когда бы оно ни проводилось, это всегда будет авантюрой, тщеславной попыткой, и когда оно будет закончено, кто-нибудь другой скажет: "Пора начинать".

Кто же вещает устами современных научно-технических пророков - будущее, отраженное в настоящем, или эхо прошлого, отраженное от будущего?

Время и место технологии,
или Вечная магия чисел и геометрии

Технологии никогда не были простым повторением Природы. Напротив, они рождаются для того, чтобы создавать новую реальность, вообще не существовавшую ранее.

Нанотехнология, представленная пока только в замыслах, претендует на перевоссоздание окружающего мира из отдельных атомов. В эволюционном, отношении это означает, что она посягает на последние 4,5 млрд. лет естественной истории. На фоне современных экологических тревог, изуродованных технологией ландшафтов, отрицательных медико-биологических последствий "научно-технического прогресса" даже мысли такого рода могут показаться преступными. Однако в действительности вплоть до настоящего времени технологическая деятельность человека носит исключительно фрагментарный характер. Она создает искусственные островки, вторгающиеся в естественную среду и нарушающие ее гармонию. Еще неродившаяся нанотехнология имеет иное предназначение: она должна стать зодчим всей биосферной оболочки Земли (и новых, внеземных, очагов жизни), творцом любых, в том числе принципиально новых, структур, оперируя отдельными атомами и электромагнитными взаимодействиями. Таким образом, сфера нанотехнологии - это целый ярус фундаментальной структуры мира. Конечно, технология опирается на физические законы и соразмеряется с характерными "длинами"
5 физических тел и взаимодействий. Но, поскольку рождаются технологии для жизни (хотя, увы, нередко направляются против нес), для ее полноты и продолжения эволюции, технологическая продукция всегда соразмеряется с естественными масштабами человеческого бытия. Это показывают старинные меры длины: сажень, аршин, локоть, фут, дюйм (большой палец в переводе с голландского).

Для древнего человека пальцы его рук были начальным мерилом всего. Они творили объекты в 100-200 раз меньше себя и в 100-200 раз больше, так что весь геометрический диапазон технологии простирался от волоса (около 100 мкм) до примитивного жилища (около 3 м), размеры которых различались примерно в 30 000 раз. Как и античным метафизикам, нам трудно избежать магии чисел. Соотношение К-30 000 пронизывает все ярусы известного нам мира. Это как бы геометрический фактор мировой иерархии. Рассмотрим фундаментальную последовательность иерархических уровней бытия <см. табл.1): атомное ядро; атом; живая клетка (ей эквивалентен по размерам минимальный кристалл, обретающий все свойства макроскопического твердого тела); высший организм; экосистема; биосфера...

Поскольку соответствующие размеры не могут быть однозначно и точно определены, мы будем их определять по критическим, минимальным размерам, при которых может возникнуть следующий иерархический уровень. Размеры атомного ядра и самого атома будем рассматривать для простейшего элемента водорода и для "элемента жизни" - углерода.

Зарядовый радиус ядра равен: 1,12³ А1^-13- см. А - число нуклонов в ядре (радиус ядра, определяемый по рассеянию адроиоя. несколько больше; но при анализе атомной структуры правильнее рассматривать зарядовый радиус). Радиус атома водорода равен 2,56х10^-13 см. Радиус ядра углерода - 2.56 ^-13 см, а его атома - 7,7 ^-9 см. Отсюда мы находим следующие значения фактора иерархии: К_н = 3,3036 10 , К_с = 3,0029 10⁴. Теперь можно построить искомый ряд и сопоставить его с реальными размерами соответствующих структур (поскольку было бы странно измерять размер живого организма в рпдиусах, булем приводить полные поперечные размеры или диаметры).

Сколь ни велик наш скепсис по отношению к численной магии и сколь ни приблизительны оценки размеров систем от биосферы и выше, невозможно отрицать наличие строгой иерархической закономерности Природы и эволюции (см.рис.1). Мы видим, что уже первобытная технология захватила два яруса (каждый примерно наполовину): от организма до клетки в глубь структуры материи и от организма до экосистемного ареала - вширь. Она полностью овладела этими ярусами примерно к рубежу 70-х и 80-х годов нашего века. Тогда, с одной стороны, микротехнология вплотную подошла к рубежу, отделявшему макроскопическое твердое тело от кластера, состоящего из счетного числа атомов, 6 целую клетку и внутриклеточные структуры. С другой - новейшие средства связи и локальные вычислительные сети завершили процесс создания искусственных инфраструктур, начатый еще древней урбанизацией, а экологический кризис вынуждает технологию переходить к экосистемному зодчеству.

↔   Рис.1 Фракталы времени
Начиная с появлении жизни каждый следующий фрактал примерно к 20 раз короче предыдущего. Но ни одни фрактал не обрывается. Он продолжается СО СВОИМ темпом. А внутри него возникает и развивается хотя бы один фрактал с более сложной структурой времени. На некотором этапе естественная эволюция порождает технологическую эволюцию.

↔   Рис.2 Новая история времени
Вся история прошлых и современных цивилизаций оказывается лишь переходным этапом ко вторичной эволюции, новой структуре и новой истории времени.

Технология и ее творцы не могут остановиться (рис.2). Теперь перед ними открылись сразу два новых яруса. Первый из них простирается от клетки до атома, что как раз и устанавливает границы нанотехнологии, предвестники которой обсуждаются в этом выпуске. Овладение вторым ярусом связано с созданием единой инфраструктуры планетарного масштаба, инфраструктуры, которая должна будет наконец обеспечить гармоничное существование человечества, исключая самые основы региональных и глобальных конфликтов (что должно служить, конечно, темой особого разговора). Единственное, что необходимо отметить здесь по данному поводу, - это неотделимость обеих ветвей развития технологии в глубь структуры материи и вширь (или ввысь) к овладению пространством.

Однако геометрическими размерами не ограничивается магия чисел. Существуют и иные количественные аспекты технологической эволюции. Два из них объединяются, как ни странно, единым численным показателем. Любая способная к саморазвитию технология стремится к возрастанию сложности создаваемых ею структур и к увеличению своей производительности (и соответственно тиражности продукции). И здесь мы вновь обратимся сначала к Природе.

Головной мозг человека - это мир, познающий мир, - содержит около 10¹¹ нейронов. Примерно такое же число атомов в полном наборе ДНК-оснований генома человека, число клеток в оформившемся эмбрионе человека (в зрелом организме их 10¹⁴, а клеточная популяция нейронов головного мозга содержит порядка 10¹⁴ нервных окончаний - другое "магическое" число), в примитивных приматах и в миниатюрных млекопитающихся. Для того чтобы растущий кристалл обрел весь комплекс физических свойств макроскопического твердого тела, ему также необходимо "собрать" примерно 10¹¹ атомов. 10¹¹ звезд содержит наша Галактика и примерно столько же галактик содержит наша Вселенная (Метагалактика). По оценкам, еще в первой трети XXI в. популяция людей на Земле достигнет 10 млрд. человек. А абсолютный предел этой численности на планете, видимо, также составляет 10¹¹ человек.

Оценки также показывают, что максимальный уровень 9 сложности монолитных твердотельных структур имеет порядок 10¹¹ транзисторов, а предел сложности единой вычислительной структуры ~10¹¹ микропроцессоров (~10¹⁴ транзисторов). Можно полагать, что система, содержащая 10¹¹ элементов, становится бесконечно большой, и ее элементы полностью теряют свою индивидуальность. Тогда неизбежно возникновение следующего уровня иерархии. Увы, если это так, то при численности 100 млрд. мы все тоже потеряем свою индивидуальность. Обретем ли мы при этом сверхразум или превратимся в единый поток биомассы, реконструирующий Землю в гигантский термитник и рвущийся в космос, подобно странствующим муравьям или перелетной саранче? И вообще, возникает ли в сверхпопуляции неразумных существ коллективный разум или, напротив, популяция даже разумных существ, достигшая критической численности,ревращается из коллектива личностей в множество особей и теряет вместе с индивидуальностью и разум, опускаясь до уровня физической самоорганизации? Ведь там, где мы склонны видеть "разумное" начало, некоторую высшую организующую волю, нередко проявляются лишь простейшие законы движения больших систем: "самопожертвование" грызунов, заполняющих ров своими телами, может быть описано в терминах потока жидкости и т.д. Там, где нельзя представить строгие доказательства, открывается простор более или менее аргументированных мнений.

Таблица 1
Размеры и сложность иерархических уровней чира (технология развиваеся, начиная с "человеческих масштабов", и последовательно преобразует асе более глубокие и более широкомасштабные уровни)

Примечание. Здесь и далее гипотетические и спорные фрагменты текепш автор выделяет курсивом. Также к гипотезам следует отнести большинство рисунков¹.

Автор настоящей брошюры полагает, что популяции имеют целый ряд критических уровней численности. Существует критическая численность, при которой популяция жизнеспособна, критическая численность, при которой активное взаимодействие особей создает условия для их эволюции и совершенствования, численность, при который возникает множество популяций вида и появляются предпосылки для создания искусственной среды. А если исходный генетический потенциал позволяет - взаимодействующих культур и прогресса. Но всегда главная npeпосылка возникновения нового уровня сложности - это множественность, плюрализм очагов развития и взаимодействие между ними. Хотя величины 10¹¹, 10¹⁴ и не носят столь строгого характера, как фундаментальные физические постоянные, за ними стоит некий глубокий закон естественных структур и естественного развития.

1 Кроме курсива, читатель встретит петит, в котором дается более детальное описание некоторых затронутых в брошюре проблем, и полужирный шрифт, выделяющий очень важные проблемы. 11

Технология также должна достичь качественно нового уровня, когда ее валовое производство достигнет этой критической величины. До середины XX в. только урожаи основных видов сельскохозяйственных культур, выраженные в числе отдельных плодов, достигали подобных величин. В 1970-х гг. барьер 10¹¹ преодолели сразу два новых производства - биотехнология (клонирование зерновых) и микроэлектроника (в транзисторном выражении). В случае микроэлектроники преодоление этого барьера вылилось в "микропроцессорную революцию", распространение персональной вычислительной техники - в интеллектуализацию тсхносо^сры (встроенное управление станочного парка, обрабатывающие центры и роботы и т.п.). И каждый раз, когда аппаратные и программные средства информатики преодолевают очередной критический рубеж, происходит очередная научно-техническая революция (см.рис.З).

Если коэффициент 10¹¹ отделяет уровни мировой иерархии по критическому числу элементов (каждый предыдущий уровень образует "элементную базу" вышележащего), то упоминавшееся чистло 10¹⁴ служит как бы брутто-фактором, разделяющим этажи мира по абсолютному числу атомов (или по массе). Именно в таком соотношении отстоят друг от друга одиночный атом, развитая эукариотическая клетка, взрослый человеческий организм, биосфера планеты (ее биомасса). Солнечная система и примерно в таком же - Галактика и Вселенная (хотя единых представлений об их скрытой массе пока не выработано).

Микроэлектроника - родоначальница микротехнологии - не составляет исключения. 10¹⁴ транзисторов - вероятно, абсолютный предел единой вычислительной системы, построенной на классических электронных приборах, и предел сложности изделий микротехнологии вообщее. Дальнейшее развитие информатики возможно только при условии перехода от микро к нано.

Наконец, еще одна магическая закономерность связана с последовательными временными интервалами движения вверх по эволюционной лестнице.

Рассмотрим следующую эволюционную последовательность "рождений"; Вселенная, Солнечная система и Земля, первичная биосфера, многоклеточные формы жизни, выход жизни на сушу и овладение ею и т.д. вплоть до современной эпохи (см.таблицу и рис. 1.2). Здесь основание натуральных логарифмов Е = 2.71828... оказывается фактором ускорения эволюции - "естественного прогресса". Мы видим, что эволюция органично переходит в научно-технический прогресс и ускорение НТП - продолжение общей динамики эволюции. Поэтому мы имеем определенные основания, еще не рассматривая нанотехнологию по существу, попытаться оценить ожидаемое время ее появления и ее эволюционное назначение. Как следует из рис.4 и 5. этот момент отстоит от настоящего почти на 100 лет. К 2080 -м гг.,. как можно полагать, фронты всех ведущих технологий сомкнутся, достигнув нанометрового разрешения дает фрагменты антропогенного мира, разрушая гармонию Природы, перейдет к планетарному зодчеству в целом, к созданию нoвого, 12 по-своему гармоничного искусственного мира, к вторичной эволюции. Но если в полном масштабе эта метатехнологическая метаморфоза начнется только через 100 лет, то отдельные элементы нано технологии зарождаются уже сейчас.

↔ Рис.З. Динамика и кризисы развития информатики

Увиденный атом, или Нобелевская премия по физике Демокриту

Горизонт будущего бывает различим только с высочайших вершин настоящего. Один хребет образуют современные научные достижения, и две из самых выделяющихся его вершин - Физика и Биология 1989 г. - отличаются не высотой, а направлением наилучшего обзора. В другой горной стране - Технологии - человечество достигло в 1989 г. не меньших высот. Но здесь горные системы поднимаются одна над другой крутыми каскадами, скрывая ступени будущего от нашего нетерпеливого любопытства. Единственное, что остается, - попытаться уловить некие общие закономерности в прошлой истории (тем более что этот исторический опыт охватывает около 40 тыс. лет, а его предыстория - около 2 млн лет - рис. 1,2) и угадать истоки будущего в настоящем.

Первое, чему учит прошлый опыт, - непредсказуемость направлений наиболее продуктивного развития технологии будущего. Мы практически не можем исключить из перспективных ресурсов будущего практически ни одно из известных решений, каким бы абстрактным и оторванным от реальности или, напротив, малозначительным и приземленным оно ни казалось сегодня.

Какое из новейших достижений физики следует считать самым принципиальным? Разные исследователи дадут на этот вопрос несовпадающие ответы. Но все же стоит вспомнить известное изречение, высказанное десятилетия назад: "Если из всех накопленных знаний потребовалось бы сохранить одну короткую фразу, концентрирующую самые важные из них, то это было бы утверждение: "Весь наблюдаемый мир состоит из атомов".

Уместно вспомнить, что впервые это утверждение было высказано в начале V в до н.э. независимо Левкипом и Анаксагором, а в середине того века воспринято тогда еще совсем юным учеником Левкипа Демокритом. Анаксагор подчеркивал бесконечное многообразие и качественное различие атомов, изменчивость независимость их движения от внешней мировой силы Демокритом их качественную идентичность при исключительно геометрических различиях по размеру и форме, конечность числа типов атомов и их непрерывное движение исключительно из-за действии изначальных внутренних атомных сил. Современнный атомизм в большей степени является преемником учения Левкиппа - Демокрита, хотя при определенной трактовке мы можем найти немало проницательности и в картине Анаксагора. Важно, однако, другое: до конца XVIII в. к этим учениям было добавлено мало содержательного. Последующее столетие отмечено 14

Если время рождения гипотезы об атомном устройстве мира известно лишь приближенно, то первое прямое наблюдение атома датируется достаточно точно. В 1980-1982 гг. швейцарские физики G.Binnig, Y.Rohrer, Ch.Gerber, E.Weibel визуализировали не просто шароподобные атомы; на экране туннельного растрового электронного микроскопа (ТРЭМа - так был назван новый прибор) отчетливо очерчена форма электронных оболочек каждого из них.

Фундаментальные законы физики здесь не нарушались, поскольку "портрет" электронных орбита лей в ТРЭМв - суммарный статистический итог множества элементарных событий. Но он строго соответствовал результатам решения квантовых уравнений для такой теоретической абстракции, как ненаблюдаемая, почти мистическая волновая функция <По аналогии: в 1846 г. У.Ж Ж.Леверье по совету Д.ф.Араго провел анализ орбиты Урана и предсказал существование новой планеты Нептуна, в том же 1846 г. И,Г Галле открыл Нептун в указанной Леверье точке неба.)

В 1986 г. принцип ТРЭМа был надежно воспроизведен во многих лабораториях мира (в 1988 г. их число уже превысило 100), а его создатели были удостоены Нобелевской премии всего через 4 года после первой публикации. (Только высокотемпературная сверхпроводимость бьет этот рекорд. Но с другой стороны, некоторые лауреаты 1988 г. были награждены через 26 лет после открытия.)

В 1986 г. G.Binnig, Gh.Gerber сообщили о новом приборе - микроскопе атомных сил (MAC). По существу же, 15 они продолжили создание нового семейства приборов для прямого зондирования вещества на атомном уровне, которые правильно было бы назвать механическими сканирующими наноскопами.

Поразительна простота основной идеи ТРЭМа и МАСа. Поверхность исследуемого объекта сканируется остро заточенным металлическим острием (подобно тому как грампластинка сканируется иглой электрофона). Привод осуществляется с помощью пьезоэлектрического эффекта (который, кстати, также используется в технике механической звукозаписи и известен более века). При изменении напряжения на1 вольт зонд ТРЭМа перемещается примерно на три атомных диаметра и сканирует исследуемую поверхность, не касаясь ее. Расстояние измеряется с помощью квантового эффкта туннелирования электронов, чувствительного к ширине вакуумного (вообще говоря, любого диэлектрического) промежутка. В современных ТРЭМах разрешение по вертикали достигает 0.01 мм, по горизонтали - 0.2 - 0.3 мм, зона сканирования - 10x10 мкм. При этом в отличие от электронных микроскопов ТРЭМ не только не требует обязательных вакуумных условии, но даже допускает проведение исследований объектов погруженных в воду или другие жидкости, что делает его особенно привлекательным для биологических объектов. Однако ТРЭМ требует высокой электропроводности исследуемого образца.

В MAC зонд сканирует поверхность механически, и задача сводится к непрерывному измерению испытываемых нажжонтактом усилий (от наново микроНьютона). В основу этих измерений могут быть положены различные электронные или оптические эффекты: изменение туннельного тока между подпружиненной и неподвижной пластинками зонда, лазерная интерференция, особенно эффективная в сочетании с волоконной оптикой, отражение луча лазера от зеркальца, закрепленного на пружинке зонда. Электропроводность самого объекта не имеет значения: необходимо лишь позаботиться о том. чтобы не было его механических повреждений.

Наверняка может быть придумано и множество других методов механической сканирующей наноскопии. Однако в любом случае простота идеи не означает простоты реализации: точность измерения электрических и механических параметров, точность исполнения зонда достигают пределов современной экспериментальной физики и технологии.

Хотя по производительности и удобству работы ТРЭМа и МАСа пока далеко уступают растровому электронному микроскопу (РЭМ), по мере прогресса технологии в наионаправленни возможности РЭМа и других классических методов быстро снижаются, а ТРЭМа и МАСа - возрастают.

ТРЭМ и MAC позволяют контролировать тонкую структуру поверхности магнитных и оптических носителей информации, дифракционных решеток, сверхточного механического инструмента. Показана возможность применения острия зонда ТРЭМа или МАСа для выполнения технологических 16 манипуляций, корректировки сверхсложных фотошаблонов. Более того, продемонстрирована возможность переноса на острие нанозонда отдельных атомов1 или продвижение с его помощью органических молекул. Разумеется, до создания практически пригодных наноманипуляторов ешс далеко. Но принципиальное доказательство возможности конструирования вещества из отдельных атомов имеет фундаментальное значение и именно в этом смысле завершает 2500-летний период развития естественных наук и технологии.

Мысль человека, ученого-исследователя и технолога-творца, конечно, не может остановиться на ближних горизонтах, и если атом, угаданный тысячелетия назад, мы теперь ощущаем "в руках", то "угадывать" должны весьма отдаленные перспективы. Эти перспективы могут показаться сегодня либо слишком фантастичными, либо гораздо более близкими, чем они есть на самом деле. Мы рискнем сделать попытку их трезвой оценки, имея в виду наноскоп как точку отсчета. Но сначала попытаемся определить его место в ряду современных технологий.

Прежде всего, случаен ли возврат к механическому сканированию в ТРЭМе и МАСе? Казалось, механические системы необратимо вытесняются как атавизмы из приборостроения и информатики. И вот в период триумфального шествия сканирующей электронной, ионной, лазерной, рентгеновской и синхротронной. даже позитрон ной микроскопии, ТРЭМы и МАСы возвращают нас к способам познания предметного мира на ощупь. По существу. TPЭMе и особенно MAC действуют по тому же принципу, что и слепые при чтении пальцами рельефного текста.

Однако в действительности механические системы никогда не отмирали ни в одной из областей. В дисковых накопителях информации - магнитных, магнитнооптических и оптических (фактически прямых преемниках граммофона) позиционирование считывающей головки осуществляется с точностью около 1 мкм, а эффективная геометрическая точность при считывании информации приближается к 0.1 мкм. В магнитных накопителях

1 Эта книжка вылеживалась в столе у автора около 1.5 лет. и нанотехпология не стояла на месте. Весной 1990 г. появилось сообщение, что два физика из исследовательского центра фирмы IBM Дональд Эйглер и Эргард Швайзер за 22 часа непрерывной работы ТРЭМа сумели уложить 35 атомов ксенона в три буквы высотой около 7 нм: "IBM" Так ровно 30 лет спустя была решена задача, за которую ныне покойный Фсйнман некогда предложил премию из личных сбережений. Впрочем, решена не совсем: Р.Фейнман предлагал премию тому, кто в подобном масштабе запишет целую страницу книги. Дли этого Эйглеру и Швайзеру потребовалось бы около двух лет непрерывной работы!
17

головка плывет над диском, вращающимся со скоростью 3600 об/мин. па воздушной гкиушке толщиной 0.5 мкм, н создаются системы с зазором 0.25 мкм Плотность записи информации на магнитных дисках достигает 10 млн бит (книга среднего размера) на I см2 и должна быть помашем "ближайшее десятилетие на порядок (а в оптических дисках уже практически достигнута такая плотность! Площадь, занимаемая единицей информации на таких дисках, равна площади сканируемою участка ТРЭМа и МАСа или даже меньше ее. Если мысленно представить гибридную систему, сочетающую диск с наноскопом. то открывается возможность записать ни одной пластине 100 000 000 000 000 000 бит информации, или синтезировать на ее поверхности некоторую искусственную структуру с атомным разрешением, либо, расположив на поверхности диска ДНК-цепочку генома человека, прочесть и даже отремонтировать ее.

И хотя эту фантазию не следует воспринимать слишком буквально, определенные предпосылки для серьезного отношения к ней уже имеются.

Во-первых, микротехнология, разработанная для кремниевых интегральных схем, позволяет нормировать зонд наноскопа, превышающего по своим механическим параметрам и точности любые металлические конструкции. Во-вторых, средствами той же технологии, т.е. с помощью выращивания тонких пленок, маскирования и травления, уже удается создавать микродвигатели диаметром менее 100 мкм, -.одерживающие вращение со скоростью по крайней мере до 15 000 об/мин. Таким образом, интегральная микротехнология открывает пути создания наносистем. В принципе (здесь неизбежно частое употребление этого оборота) интегральная микромеханика может самостоятельно полностью решить прблемы привода наиоскопов и наноманипуляторов.

В-третьих, при расстоянии между зондом и образцом порядка 1 нм даже разность потенциалов 1 В лает напряженность поля 10⁷ В/см, а в таких полях уже можно направленно перестраивать структуру некоторых полимеров. При этом обнаруживаются совершенно новые, удивительные состояния вещества. (Впрочем, подобные эффекты наблюдались коллективом исследователей и автором при изучении "алмазоподобных" пленок более традиционными средствами. Хотя геометрическое разрешение в плоскости образца здесь несопоставимо.)

В-четвертых, уже удалось с помощью ТРЭМа получить достаточно ясное изображение двойной спирали ДНК и даже измерить ее межвитковое расстояние (около 3,5 нм при теоретическом значении 34 нм). Несмотря на несовершенство достигнутой техники такой съемки, это вселяет большие надежды в сердца исполнителей суперпроекта "Геном человека".
18

Эта научная программа, в рамках которой планируется прочесть генетический "текст" из 3 млрд. пар оснований ЛИК. - самая гигантская и дерзкая из всех, когда-либо предпринимавшихся в научной истории человечества. Правда, планируемые затраты (около 3.5 млрд долл.) несколько уступают лос-аламосскому проекту (создание первой атомной бомбы), космической программе "Аполлон" или проекту суперколлайдера длиной 53 мили на встречных пучках по 20 ТэВ (его плановая стоимость 5.3 млрд. долл). Но "Геном человека" требует для своей реализации несравнимо меньше аппаратурных расходов и несравнимо более высокой доли чисто научною труда.

Классический анализ генома включает физико-химическую методику (гибридизацию и денатурацию пробы с ее комплементарной мишенью) и реакции энзимов с нуклендами (разрезание с помощью энлонуклеаз, присоединение с помощью лигаз и синтез с помощью полимераз). Ручной анализ, каким он был лег 15 назад, потребовал бы для своей реализации миллионов человеко-лет. Современная автоматическая система для анализа генома включает 6 групп автоматизированных установок и новую компьютерную систему со специализированным сопроцессором. Ее производительность около 16 тыс колонов в день. Лая выполнения программы "Геном человека" в намеченные 15 лет потребовалось бы около 1000 таких систем. Полагают, что для тот чтобы выполнение программы стало реальным, не обходимо повысить производительность систем автоматического анализа еще почти на порядок (примерно до 100 000 пар оснований в день). И вот снимок ДНК. полученный Н.Рорером и Дж. Травальини в 1986 г. с помощью ТРЭМа (опубликована их работа в августе 1987 г.), дал определенную надежду на прямое прочтение генетического кода вместо мучительного многостадийного физико-химического и биоферментатимною анализов. Чтобы "обмануть" диэлектрические свойства ДНК Рорер и Травальини адсорбировали ДНК на поверхности графита. Метод этот пока несовершенен. Однако оптимизация подложки и технологии съемки органических образцов на ТРЭМв и МАСе открывает волнующие возможности.

Разумеется, физико-химические процессы, генная инженерия и механическое сканирование не исчерпывают всех путей в наномир. Одна из самых неожиданных возможностей берет свое начало также в далеком прошлом, но в "небесной стфере". Многовековое наблюдение за странном поведением хвостов комет уже в начале XVII в. (И.Кеплер, 1619) привело к правильной физической гипотезе: разряженный легкий комстный хвост отклоняется световым давлением Солнца, а в 1873 г. Дж.К.Максвелл вычислил величину jToro давления. Затем неоднократно высказывалась идея использования давления света для перемещения биологических или физических микрообъектов. Это стало реальным только с созданием лазеров. С начала 1970-х гг. A.Ashkin, исследователь знаменитой научной фирмы США
19

↔ Рис.4. Разрешающая способность технологий аппаратных средств информатики, их исторические интервалы, функциональное назначение и формальные показатели: М - емкость памяти; F - производительность единичного информационного устройства; G - валовая производительность технологии (элементов/год)

↔ Рис.5. Великое объединение технологий

"Bell Labs", вел упорную работу с целью создания "световой ловушки" для таких объектов. И вот в 1987 г. A.Ashkin н V.M.Dziidic достигли решающего успеха и разработали "лазерную световую ловушку", или "световом пинцет". Действие этой системы основано на градиенте давления света в пучке.

Фокусировка луча осуществляется с помощью оптического микроскопа. Прозрачные частицы с коэффициентом преломлении шло, чем у среды, подвергаются действию таких сил величиной несколько никоньююнов. Их индуцированные диполи движутся в градиенте электрического поля света, притягивая частицы к ярчайшей точке. При мощности лазера 80 мВт скорость бактерии, например, достигает 500 мкм/с, что по крайней мере на порядок больше, чем собственная скорость микроорганизма. Это небольшие силы, примерно такие же, как у головки миозина из мускула. Но они достаточны для исследования транспорта прокинов и органелл. механики клетки и т.п. Однопучковая лазерная световая ловушка способна манипулировать частицами от 100 мкм до 25 нм.

"Световой пинцет" удачно дополняет "механический наноскоп", позволяя манипулировать нанообъектлми в жидкой среде, что важно и для биологических исследований, и для физико-химической нанотехнологии.

Хотя нанотехнология как таковая - дело сравнительно далекою будущею, глубокая подготовка к ее наступлению уже началась. И она знаменуется стремлением к слиянию, великому объединению и реальному применению максимального 21 числа известных физических явлений и технологических принципов (рис. 4 и 5).

Термин "великое объединение" здесь заимствован из квантовой теории поля и элементарных частиц. Но это заимствование имеет в данном случае все необходимые основания. Позже мы увидим, что аналогичная тенденция распространяется и на сами физические модели, которые объединяются в новейших картинах нано- и субнаномира, проецируя на них многие из наблюдений и открытий, сделанных в ходе предшествующего развития микротехнологии.

Кластеры и гемы

Кластеры - небольшие группы атомов (от двух до примерно тысячи) стали привлекать к себе особое внимание исследователей около 20 лет назад, когда начал формироваться современный подход к анализу микромеханизмов физических процессов. Чистые теоретики начали весьма активно разрабатывать математический аппарат кластерной динамики. Возможности прямых наблюдений кластеров были ограничены, и экспериментаторы компенсировали аппаратурные недостатки собственной интуицией. В частности, в связи с проблемами роста кристаллов и пленок начали появляться статьи о кластерах точечных дефектов, центров роста и т.п. Сейчас, на рубеже 80-х и 90-х гг., кластерные модели - представления о локализованных в пространстве компактных группах изучаемых объектов - оказываются эффективными при анализе почти любых больших систем.

Например, в доступной астрономическому взору Вселенной насчитываются многие десятки кластеров, густо заселенных галактиками. Эти кластерные распределения - итог свыше 10 млрд. лет эволюции.

Строго говоря, кластером называется группа атомов или молекул, объединяемых физическим взаимодействием в единый ансамбль, но сохраняющих внутри этого ансамбля индивидуальное поведение. Более широко под кластером понимают группу любых физических объектов, если их число не слишком велико и свойства группы зависят от се размера. Для частиц твердого тела это условие выполняется, пока линейный размер кластера меньше или соизмерим с характерными "длинами" электронных процессов в кристалле или если число атомов на поверхности агломерата больше или соизмеримо с числом атомов, скрытых в его объеме. Ксли температура достаточно высока или рост кластеров протекает медленно, так что кластер все еще сохраняет почти равновесную форму, критическое состояние достигается при линейных размерах кластера порядка 1 мкм, т.е. пока число атомов в нем не достигнет примерно 10¹¹.

Но если температура низка или рост протекает очень быстро, новые 22 атомы присоединяются случайным образом чаще всего к выступающим частям кластера и "замерзают" там. Растущее образование может сохранять свойства кластера вплоть до произвольно больших размеров. При этом он принимает странные, но по-своему симметричные формы. Более того, кластеры могут иногда перемещаться, присоединяясь друг к другу и образуя причудливые иерархии. Весь процесс складывается как бы из независимых, "фрактальных" событий, но в конечном счете приводит к закономерным следствиям.

Теория фракталей, развитая в самые последние годы, устанавливает необыкновенную общность подобных явлений и перекидывает мосты между такими, казалось бы. бесконечно далекими друг от друга и еще недавно от физики областями, как структура пористых горных пород, эффективная добыча нефти, взрывная кристаллизация стекол, пробой диэлектриков, образование квазикристаллов - беспорядочных структур, в которых в нарушение всех законов кристаллизации имеется симметрия 5-го порядка (их впервые обнаружили в металлах, затвердевающих при скоростях охлаждения свыше 100 000 град/с, а затем выяснилось, что в природе они распространены шире, чем настоящие кристаллы). Более того, подобный подход оказывается эффективным при анализе некоторых аспектов работы нейронных сетей головного мозга. Рис 1,2 показывают, что фрактальная модель может обладать еще большей силой: вся эволюция Вселенной протекает фракталами. Когда развивающаяся структура мира достигает критического уровня сложности, она порождает структуры качественно нового уровня. Технология продолжает эту цепь суперфракталей бытия, но привносит в него цель и план.

Если в космических и геологических масштабах кластеры - итог миллионов и миллиардов лет эволюции, то жизнь каждого кристалла, напротив, начинается с возникновения кластеров, или зародышей, - микрообразований, свойства которых существенно отличаются от свойств больших кристаллов и порой весьма необычны. Само название "зародыш" говорит о биологических ассоциациях физиков. Впрочем, биологических и даже бытовых параллелей в кристаллографических названиях чрезвычайно много: кристаллизационные дворики, усы, формы роста, фигуры роста, огрубленные формы, маточный раствор, материнская фаза, дочерний кристалл (так что некоторые статьи но росту кристаллов напомнна .и пособия по акушерству, что и обыгрывалось нередко в шутливых докладах на банкетах после кристаллографических конгрессов).

В действительности при всей примитивности мира твердых тел по сравнению с миром жизни поведение растущих кристаллов порой поразительно биоподобно. Нитевидные кристаллы серебра, вытесняемого ртутью из водных растворов его соли, растут, борются за жизненное пространен»), гибнут и возрождаются целыми популяциями. Да и отдельные нитевидные или игольчатые кристаллы растут, как по генетической программе, достигают определенных размеров, а затем преобразуют свою форму (например, становятся грибообразными).
23

Многие структурные дефекты кристаллов размножаются делением, словно бактерии, а иные расширяются, захватывая все внутреннее пространство кристалла, подобно раковым клеткам. Изучая повеление дефектов, их развитие и возможные пути устранения (как бы "лечения" кристалла), можно догадаться и о некоторых путях борьбы с настоящими болезнями.

Но с тем же основанием можно сказать, что повеление некоторых, по крайней мерс простейших, проявлений жизни кристаллоподобно. Нуклеиновые кислоты, белки и даже вирусы кристаллизуются; да и сами гены и белковые пени можно рассматривагь как апериодические линейные, а мембраны - как двухмерные кристаллы. Холестерин - это жидкий кристалл, родственник веществ, которые в последние голы находят широкое применение в устройствах отображения информации (дисплеи портативных персональных компьютеров и карманных телевизоров), индикаторах температурных полей и т.п.

Биоподобность кристаллов и кристаллоподобность биологических объектов проявляются тем сильнее, чем миниатюрнее первые и примитивнее вторые. А что, если довести эту закономерность до "абсурда", до поведения отдельного атома в простейших биоструктурах и в зародышах кристаллов? Нисколько не пытаясь исчерпать многообразие функций химических элементов в живом организме, попробуем взглянуть на основные способы и наноконструкции, пользуясь которыми Природа вводит различные атомы в биоструктуры.

Простейший из атомов - атом водорода - играет в строении живой материи чрезвычайно важную роль благодаря особенностям так называемых водородных связей. Последние стабилизируют структуру белков и нуклеиновых кислот, в частности меж цепочечные связи в двойной спирали гсиа, участвуют в биохимической экспрессии генов. Некоторые исследователи предполагают также существование чрезвычайно.тонких и ответственных функций, основанных на переносе зарядов - электронов и протонов - вдоль цепей биополимеров, в мембранах, в жидких средах. Функции эти в научной картине в значительной степени еще представлены туманными догадками. Но по своей основной структурной роли водород, пожалуй, может быть охарактеризован как элемент-упаковщик. Водороду помогает прежде всего атом кислорода (хотя у кислорода, конечно, также имеется множество и иных "профессий", основная из которых генерация биоэнергии). В таких структурах, как углеводы, каждый атом углерода упакован как бы в расцеплсшгую им молекулу воды. Подавляющее большинство биоструктур содержит основные "строительные" атомы - атомы углерода - в таких простейших "упаковочных" формах. Точно так же в водородной упаковке входят в биоструктуры и другие важнейшие элемен-Ш - азот и фосфор.

Атомы водорода или, гидроксильные группы, блокируют свободные валентности 24 - этот "валентный клей"; в противном случае атомы углерода слиплись бы в кластеры, имеющие структуру графита, алмаза или смешанное, почти аморфное строение. Так Природа создала замечательный конструктор: достаточно взять два любых блока, удалить водородную, или гидроксильную, защиту с соответствующих валентных связей, и эти блоки сами соединятся друг с другом, образуя более крупный конструктивный элемент заданной формы - углеродный скелет биомолекулярных систем. Одна из таких самых замечательных форм - пяти- или шестизвенное кольцо. Такие кольца входят в биомолекулярные конструкции на правах "суператомов", образуя кольца следующего иерархическою уровня. Эти последние, например гемы, - это как бы оболочки атомов третьего ранга без ядра. Ядром же может служить целый атом чаще всего железа. Так образуется тем - активная основа гемоглобина (переносчика кислорода в крови), миоглобнна (генератора энергии в мышцах), цитохромов (переносчиков электронов), каталазы (одного из наиболее распространенных ферментов). Если воспользоваться этой несколько произвольной терминологией далее, то простые пятизвенные кольца образуют также и некоторые иные оболочки атомов третьего ранга, ядром которых могут служить атомы различных металлов: магний в хлорофиллах (творцах фотосинтеза в зеленых растениях), кобальт в витамине B₁₂ и т.д.

Структуры типа гема, так называемые простетические группы, служат небелковыми компонентами белков. Они, в свою очередь, входят в виде атомов (не будем забывать, что древние назвали атомами неделимые частицы) в более крупные белковые глобулы, образуя гемоглобин, хлорофилл и т.п. Если воспользоваться несколько вульгарным сравнением, скажем, гемоглобина со станком или роботом, то гем в нем играет роль рабочего инструмента, а атомы микроэлементов (здесь имеются в виду реальные одиночные атомы, скажем, железа) - их алмазного наконечника. Практически все 30 микроэлементов выполняют свои жизненно важные функции в биопроцессорах именно в форме отдельных атомов, входящих о ядро углеродных конструкций. Последние связывают "лишние" валентности этих атомов, оставляя свободными и определенным образом ориентируя лишь избранные валентные связи. В результате каждый элемеш обретает в биоструктурах совершенно новые свойства. Без преувеличения можно сказать, что перед каждой клеткой плоской периодической таблицы элементов а мире биопроцессов раскрывается целый трехмерный мир с бесконечны.» разнообразием свойств, реакций, поведения. Так решает Природа начальную задачу нанотехпологии.

Отметим, что каждому атому требуется для этой цели довольно громоздкая углеродная оболочка: десятки, сотни и даже тысячи атомов (что хорошо видно из молекулярных масс этих веществ, например, от 66 000 до 3 000 000 гемоглобина). Здесь возникают два рода вопросов:

1. Почему строительные оболочки атомов столь велики? Нет ли пути построения более компактных структур?
25

2. В какой степени Природа жизни исчерпала многообразие типов физико химического поведения атомов? Не существует ли здесь еще не раскрытых принципиально новых возможностей?

Ни на один из этих вопросов сегодня нельзя дать исчерпывакнцего ответа. Однако ясно, что гем выделяет не только одиночный атом определенного химического элемента, но и конкретные электронные состояния я его валентных оболочках, а вероятно, тонко модифицирует их. (Мы вновь и вновь встречаемся с ситуацией, подобной экспериментальной физике элементарных частиц: чем тоньше структура материи, в которую мы стремимся проникнуть, тем болыие размеры необходимого для этого инструмента.) Всего основных валентных состояний в электронных оболочках одиночных атомов порядка 500 (мы здесь пренебрегаем изотопными эффектами, которые на определенном этапе могут оказаться весьма важными), и для того чтобы подобрать ключ к каждой из них, может понадобиться столько же сложных конфигураций кластеров. Экспериментальные исследования в области молекулярной электроники и нанотехнологии должны постепенно прояснить ситуацию. Что же касается теоретических моделей будущих нанотехнологии и наноустройств, то они пока носят характер более или менее обоснованных научных фантазий. Но в них делаются весьма смелые предположения: могут и будут созданы небелковые структуры, более компактные и несоизмеримо более богатые полезными функциями, чем естественные биоструктуры. Мы еще вернемся к этой проблеме.

Второй из названных вопросов в явном виде вообще здесь ставится впервые. Однако экспериментальные исследования кластеров - это один из возможных путей поиска ответа на него.

По числу атомов группа типа гема подобна кластеру среднего размера. Но это подобие лишь формально. Кластеры образутся спонтанно. Их внутренний порядок определяется простейшим типом симметрии - кристаллическими решетками соответствующих веществ. Обычно они состоят из одного сорта атомов (металлы, элементарные полупроводники) либо из неорганических соединений. Исследуются, правда, и кластеры некоторых смесей элементов. Но позиции экспериментатора пока пассивны: структура кластеров формируется независимо от волн исследователя, ему остается лишь возможность подбирать различные условия и смотреть, что получится. Правда, со всей тщательностью исследуются свойства кластеров: энергия связи, магнитный момент, электрическая поляризация, потенциал ионизации, сродство к электрону, химическая активность, эффективное сечение фрагментации (разрушения кластера на более мелкие фрагменты при столкновениях с другими атомами, молекулами, ионами), эффективное сечение кластера при его столкновении с фотонами, плазменный резонанс. Все эти характеристики исследуются с помощью самых современных 26 методов тонкого физического анализа. Причем если раньше эксперименты выполнялись над кластерами, адсорбированными на поверхности твердого тела (это, конечно, искажало их свойства), причем одновременно присутствовало множество кластеров самых различных размеров, то сейчас исследованиям стали доступны отдельные кластеры заданного размера, свободно летящие в вакууме. В результате в сравнительно короткий интервал времени накоплено огромное количество точных данных но эволюции электронной структуры и свойств кластеров по мере их роста от отдельных атомов к макроскопическому твердому телу.

Не только стационарные свойства, но и характеристические параметры фазовых переходов кластеров зависят or их размеров. Температура плавления, например, может понижаться на многие десятки градусов, так что кластеры легкоплавких элементов (в частности, щелочных материалов) ведут себя подобно каплям жидкости даже при комнатной температуре. Кластеры ртути претерпевают электронный фазовый переход диэлектрик-металл при увеличении их размера свыше 20 атомов.

Кластеры открывают совершенно новый подход к электронному материаловедению. Важнейший физический параметр, характеризующий свойства полупроводника и диэлектрика, - ширина запрещенной зоны - зависит от размера кластера (зависимость эта обратная). Вместо того чтобы синтезировать все новые и новые сложные полупроводниковые материалы из редких элементов, можно ограничиться одним-двумя веществами, но синтезировать их в виде изолированных кластеров. Возможны два пути к этой новой нанотехнологии: 1) совершенствовать интегральную технологию кремния с диэлектрической изоляцией каждого элемента диоксидом того же кремния, пока не будут достигнуты манометровые размеры этих элементов; 2) разрабатывать технологию прямого синтеза кластеров в изолирующих оболочках и технологию вторичного синтеза этих кластеров в системы.

Но быть может, самая замечательная особенность кластеров - периодическое изменение их свойств по мере их роста. В книге автора этих строк "Микрометаллургия в микроэлектронике" (М.: Металлургия. 1978) была рассмотрена зависимость средней энергии связи кластеров углерода, кремния и германия от числа атомов и этих кластерах. Четко выявлены осцилляции термодинамической стабильности углеродных кластеров. И хотя продолжения этих осцилляции на большие кластеры не предполагалось, в книге было высказано утверждение, чго в далекой субчикронной области кластеры должны обладать строгими кристаллогеомстрическими формами. Кластеры должны увеличиваться в размерах, достраивая каждую следующую оболочку до равновесной кристаллической формы. Это предположение получило подтверждение в самые последние годы благодаря новейшим методам исследования. И в этих строгих оболочечных 27 структурах уже можно усмотреть некоторое примитивное подобие строению гемов и белковых глобул. Не хватает только активного ядра...

Представим кластер - "луковицу", состоящийй из слоя атомной толщины различного, определенным образом заданного состава Разрежем его по лкваториальной плоскости и вставим в центр в качестве ядра атом другого химического злемента При механическом переборе тариаппюв компоновки оболочки кластера и его ядра из атомов различных .цементов чист возможных наноструктур подобного типа оказывается чрезвычайно велико: для кластера с однослойной аболочкой оно порядка 10¹⁴, и для кластера с тремя оболочками многобразие вариантов оказывается слишком большим даже по сравнению с "астрономическими числами". Подавляющее большинство из зтих вариантов, конечно, будет бессмысленным, т.е. не приведет к возникновению нового качества или вообще окажется неустойчивым По не существует ли потенциально для каждого ядра множества "осмысленных оболочек", раскрывающих принципиально новую, индивидуальную химию каждого злемента?

Когда писался этот маленький, пока фантастический этюд, автор не предполагал, что некий микрошаг к его реализации уже совершен. Два американских исследователя, Роберт Курль и Ричард Смолли, развивая направление, которое ранее (в конце 1984 г.) уже привело к замечательным наблюдениям другую группу экспериментаторов, изучили образование и свойства кластеров углерода. Техника и результаты этих работ не могут не поражать воображение. Углеродная мишень испаряется лучом мощного лазера, и пары этого самого тугоплавкого элемента проходит через специальное сопло со сверхзвуковой скоростью. При истечении из сопла и результате столкновений свободных атомов или малоатомных кластеров углерода образуются более крупные кластеры, которые анализируются в полете масс-спектральными и другими методами. Уже в первых работах были oтмечены ярко выраженные осцилляции в этих спектрах, причем содержание 60 атомных кластеров на порядки превышало содержание любых других. Небольшой пик на кривой распределения соответствует также кластерам С70.

Для объяснения этого наблюдения предположили, что кластер С60 имеет форму строго ограненного икосаэдра, в котором все связи углерода насыщены и свободная энергия минимальна. Квантовомеханичиские вычисления позволили предсказать многие свойства таких строго ограненных 60-атомных икосаэдров, и эти теоретические выводы получили убедительное экспериментальное подтверждение. Удивительная форма кластеров С60 напомнила исследователям полусферические конструкции знаменитого американского архитектора Букминстера Фуллера, и кластер получил название "Buckmnsterfullertne". Игру слов, связанную с этим названием, довольно трудно перевести, поскольку слово "фуллер" в переводе на русский означает завершенную округлую форму и относится также к любым изделиям, имеющим ее, а имя Бухминстер - собор аббатства в Букингеймшире Не исключено, что именно готические своды этого собора послужили 28 источником вдохновения Фуллера. Так что имя кластера можно было бы передать примерно так: "соборноводофуллероид инженера Соборносвода Фуллера" (или: "круглоид инженера Круглова").

Одна из труднообъяснимых пока загадок - как успевают образоваться столь совершенные равновесные формы в пролете паров углерода через сверхзвуковое сопло? Практически неправдоподобно предположение, что кластеры случайных форм находят свои равновесные формы путем столь обычного в классических представлениях механизма "случайных попыток", тем более что в результате инфракрасного излучения кластеры очень быстро охлаждаются в полете и "с позиций углерода" их температура мало отличается от абсолютного нуля. Поэтому сделан вывод, что кластеры сразу обретают правильную форму в результате роста по спирали в процессе конденсации новых углеродных атомов. Эти механизмы роста и конечные формы, хотя и не столь строго ограненные, широко распространены и в живой природе.

Особенно тонкие исследования проведены с заряженными кластерами С и другими, изучены их спектральные характеристики, химическая активность. Во всех случаях 60-атомный кластер углерода обнаруживал свою абсолютную уникальность1 и по отношению к другим углеродным образованиям, и по отношению к любым кластерам соседних элементов - кремния и германия. Наконец, усложняя и совершенствуя свою методику, экспериментаторы сумели синтезировать кластеры С₆₀К⁺, С₆₀Cs⁺ в которых единичные ионы металлов захвачены в углеродный фуллероид. И эти кластеры вели себя совершенно отлично от всех иных подобных образований, но в хорошем согласии с теоретическими предсказаниями.

Если представить, что кластеры С₆₀К⁺, С₆₀Cs⁺ разрезаны по экваториальной плоскости с сохранением центральных металлических атомов, то получится некотоое подобие искусственного гема - серьезный прорыв в будущую нанотсхнологию.

Необычайная стабильность 60-атомных углеродных кластеров, их совершенно исключительное преобладание в дисперсных углеродных конденсатах, образующихся даже в процессах сверхбыстрой конденсации, в сочетании с исключительной ролью углерода в жизни, в технологии, особенно в энерготехнологии, - все это обратило внимание исследователей к кластерному анализу мельчайшей углеродной пыли в атмосфере и в космосе. В частности, имеется предположение,

1 Трудно и здесь избежать магического очарования чисел. Современные данные свидетельствуют, что наша Галактика входит в кластер из 60 галактик.
29

что эти кластеры ответственны за так называемые диффузные межзвездные линии. И хотя окончательных подтверждений еще не получено, первые результаты анализа свидетельствуют в пользу такого предположения.

При взгляде на фуллероид C₆₀ обращает на себя внимание, что его гексагоны и пептагоны точно соответствуют шестизвенным и пятызвенным циклическим структурам, лежащим в основании кодонов ДНК и многих других важнейших молекулярных структур живой материи. Не послужила in космическая пыль эпитаксиальпой основой на предбиологических этапах гепезиса живой материи? Не продолжается ли этот генезис и сейчас в космосе? Более того, в связи с ежегодным выбросом многих миллионов тонн несгоревшего углерода в атмосферу не начался ли новый генезис в воздушной оболочке Земли? Не связано ли с зтими процессами интенсивное наступление аллергических заболеваний? И не служит ли независимо от нашего желания наша технология промотором новой эволюлюции сначала?

Кластеры образуются не только в свободном пространстве, но и в объеме жидкости и даже твердого тела. Особое значение для возникновения жизни некогда имели, а для процессов жизнедеятельности имеют всегда кластеры, возникающие в водных растворах и взвесях. Кластеры образуют даже сами дипольные молекулы чистой волы. В среднем плотность таких образований в воде в каждый момент времени весьма велика, и хотя водородмые связи, которые их удерживают, не могут противостоять тепловым колебаниям даже в нормальных условиях (время жизни кластера не превышает 10^-10 с), именно они определяют высокую теплоту парообразования, относительно высокую точку кипения и другие особенности воды, столь важные для жизни. В принципе примерами кластеров могут служить любые гидратированные ионы, возникающие благодаря сильному дипольному моменту молекул воды. Но картина кластерообразонания намного усложняется, когда и воду попадают органические молекулы, концы которых различаются своей полярностью и, следовательно, отношением к молекулам воды (гидроофобность-гидрофильность). Возникающие в результате мицеллярные агрегаты (или просто мицеллы) существуют уже в течение минут. Они могут быть дополнительно стабилизированы, и время их жизни продлено на порядки ионным компонентом водного раствора, например КОП. Наконец, дипольные молекулы воды могут поляризовать неполярные органические молекулы, например липиды, образуя неполярные агрегаты типа липосом. Липосомы имеют устойчивую оболочку - мембрану. Липидпые мембраны имеют совершенно исключительное значение для клеточных структур. Но даже простейшие мембраны липосомного типа эффективно используются я лекарственной терапии (они защищают лекарство до его попадания внутрь живой клетки).

События, однако, разворачиваются так быстро, что сегодняшний

1 Эпитаксией называется ориентировочное нарастание одних веществ на кристаллических гранях других.
30

сомнительный прогноз завтра оказывается уже свершившейся реальностью. Именно так произошло с одним из сделанных выше предположений. В апрельском выпуске Electronic Design за 1989 г. появилась краткая заметка, что исследователи фирмы "Bell Lab", разработали синтез полупроводниковых кластеров размером от 100 до 10 000 атомов в нанокаплях воды. Для того чтобы преодолеть слипание кластеров в макроагрегаты (основная проблема, препятствовавшая развитию кластерного направления нанотех-нологии), каждый кластер окружается поверхностно-активной органической оболочкой молекулярной толщины. В качестве ближайших областей применения развиваемой методики синтеза называются фотонные переключатели (оптические аналоги транзисторов), химия поверхностных процессов и хроматография.

Совсем недавни научный, да и не только научный, мир был взволнован сообщением о "передаче информации" через чистую воду: после почти бесконечного разбавлении водный раствор биологически активных веществ сохранял свои свойства. Автор открытии французский исследователь Ж. Бенвенист рисовал суперфантастические, поражающие даже уставшее поражаться воображение человека XX в. перспективы применения этого явления. Например, станет возможна транспортировка человека через время и пространство без переноса его физической массы, его тела. Ряд известных научных лабораторий мира проверили его результаты и как будто подтверждали их. Престижный журнал Nature опубликовал их, а затем отказался их признавать.

Одни ученые высказывали абсолютно скептическое отношение к открытию, другие (советский исследователь доктор медицинских наук В.Рево) доказывали, что они сделали это ранее. Ученый был поднят на вершину славы, а затем был сброшен в пропасть научной анафемы. Основное возражение просто: молекулы воды не способны образовывать устойчивые кластеры, достаточно стабильные для того, чтобы воспринять и передать другим веществам какую-либо структурную информацию.

А что если некая примесь, присутствующая в воде в недиагностируемых и неотделимых существующими средствами количествах, способна это делать? Скажем, если на триллион молекул воды присутствует только одна такая молекула, в литре воды найдется триллион таких молекул! Тогда разбавление виды новыми порциями такой же воды вовсе не будет разбавлением!!! Надо только интенсивно перемешивать воду после каждого очередного разбавления, что и делал автор открытия. Правда, воды разных источников могут существенно различаться по содержанию подобных примесей. Не в этом ли причина различных результатов, полученных в разных лабораториях?

Однако не будем возводить неопределенность в п-ю степень И если уж строить гипотезы, то лучше опираться иа проверенные данные. Кластеры можно назвать квазинульмерными, или квазиточечными, объектами. И они могут служить неплохим начальным 31 ключом к будущей нанотехнологии одного (линейные цепи), двух (мембраны, пленки) и трех измерений. Тем более что в кластерах легче всего усматриваются конструктивные аналогии между неорганическими и простейшими органическими структурами. В неорганических жидкостях, в сложных расплавах кластеры присутствуют всегда, и их размеры, плотность и внутренняя упорядоченность возрастают по мере того, как эти жидкости охлаждаются до точки замерзания, а затем переохлаждаются ниже ее (например, эти явления сильно выражены в расплавах феррогранатоя, способных переохлаждаться на многие десятки градусов ниже точки равновесной кристаллизации). В кристаллах образуются упорядоченные кластеры заряженных точечных дефектов И примесей. Но быть может, особенно интересно в неорганическом мире исследовать кластерные явленния в карбиде кремния, который способен обрабатывать почти бесконечное многообразие политипных структур, в какой-то степени напоминая этим многообразие углеродных форм живой материи. К тому же карбид кремния по параметрам химических связей и по целому ряду других физических характеристик занимает промежуточное положение между кремнием, который служит основой микроэлектроники и микротехнологии, и углеродом, который должен послужить центральным элементом нанозлектроники и нанотехнологии.

Вискеры и гены

Вискер (в переводе на русский "ус") - игловидный или нитевидный кристалл. Его диаметр составляет от сотен нанометров до десятков микрометров при длине до десятков сантиметров. Эту удивительную конструкцию из плотно и правильно упакованных атомов интересно сопоставить с нитевидной структурой ДНК, несущих генетическую программу всех живых организмов.

Геном человека представлен 3 млрд. пар нуклеотидов, образующих около 100 000 генов. Эта биоинформлция хранится в общем случае в 22 аутосомных хромосомах, из которых каждая представлена в двух идентичных копиях, и одной половой, которая может быть представлена либо также идентичными Х-хромосомами либо гетерогенной Х-У-парой (от каждого родителя). Хромосомы человека в среднем содержат по 200 млн. пар оснований, а индивидуальный ген - до 2 млн. пар оснований. Диаметр спирали равен приблизительно 2 нм, а межвитковое расстояние - 3.4 нм. В хромосоме ДНК цепочки упакованы в суперспирализорованном состоянии, в котором они имеют длину около 1 мм.

Если разделить двойную спираль одного гена и распрямить каждую составляющую его нить ДНК, то она вытянется в длину примерно на 2 мм 32 при диаметре около 1 нм (если же мысленно вытянуть в единую цепь весь геном, его длина составит для каждой из комплементарных пар 3-4 м; но масса такой нити ДНК составит всего 6х10^-12 г).

Таким образом, по чисто геометрическим пропорциям наиболее тонкий и длинный вискер соответствует нити ДНК гена средней длины. Еще одна аналогия может быть отмечена в связи с исключительной удельной прочностью ДНК-цепей и вискеров. Нить ДНК не может содержать структурных дефектов (дефекты кода вряд ли сильно влияют на механическую прочность нити, любой другой дефект означает просто обрыв нити), и ее прочность на разрыв практически равна теоретическому пределу - порядка одного пикомьютона. Эта механическая прочность крайне важна не только для генетических механизмов, но и для всех процессов жизнедеятельности. Трудно представить все катастрофические последствия таких событий, как произвольный разрыв нити в любом месте в любое время.

Прочность вискеров в 2-5 раз ниже теоретического предела: хотя обычно они не содержат структурных дефектов, но при высоких нагрузках дислокации начинают возникать еще до критического напряжения разрыва. Все же прочность вискеров в десятки раз выше, чем объемных кристаллов.

Благодаря своим механическим свойствам вискеры уже достаточно широко используются для создания наиболее прочных композитных конструкционных материалов, например композитов углерод-углерод (углеродные нити в углеродистой матрице). Вискеры уже в течение двух десятилетий находят успешное применение для создания чувствительных тензолатчиков, а несколько позже их стали использовать для создания многоострийных автокатодов и других устройств. Само острие автокатода действительно имеет нанометровый радиус закругления. Однако насколько позволяют судить современные физические представления, вырастить вискер с диаметром спирали ДНК невозможно. И напрашивающийся сам собою вопрос: "Можно ли проложить путь к нанотехнологии, совершенствуя технологию вискеров?" - сегодня вряд ли может получить удовлетворительный ответ. Тем не менее попытаемся получить некоторые наводящие соображения на основе известных теоретических и опытных данных. При этом мы можем рассматривать три аспекта проблемы: возможность применения вискеров в качестве элементов наноустройств; возможность их использования как носителя программы наносинтеза (т.е. как искусственных генов); выявление некоторых механизмов самоорганизации в физико-химических процессах зарождения и развития вискеров с тем, чтобы положить их в основу некоторых процессов нанотехнологии.

Существуют три основных класса механизмов образования вискеров: рост во внешнем поле (концентрационном, 33 или электрическом); свободный рост вискера вдоль оси винтовой дислокации (весь вискер образует как бы плотно упакованную спираль, и если дислокации двухзаходоваи, с определенной оговоркой можно считать, что и вискер образует двойную спираль); рост по механизму "пар-жидкость-твердь" при котором капля сплава растущего вещества с примесью на вершине растущего вискера служит как бы физико-химической линзой, фокусирующей массопоток к фронту кристаллизации.

Автор довольно много встречался с процессами вискерообразоваиия, начиная с наивных экспериментов в школе и вплоть до профессионалыюй исследовательской работы. Первой была встреча со сверкающими вискерами серебра, вытесняемогого ртутью из азотнокислых растворов¹. Эстетически это один иp очаровывающих процессов кристаллизации. И дело не только в красоте серебряных кристаллов, но и в биоподобности их поведения Они возникают популяциями, борются за жизненное пространство, отдельные кланы их вырываются вперед, оставляя за собой истощенную среду и обрекая, кажется, на гибель отставшие. Но в конце концов тылы не выдерживают стремителыюй экспансии авангарда, и весь клан обрушивается, освобождая путь к развитию некогда отстававших. При этом среда также находится в интенсивном движении, и при удачном стечении условий опыта непосредственно видны такие явления, как таинственно упоредочнные токи Бенара. Много лет спустя мой коллега и я профессионально исследовали эту тему. Оказалось, что здесь естественные гальванические пары создают электрические поля, направлявощие рост виксеров, причем скорость роста металлических кристаллов при комнатной температуре, скорость конвективных и электрохимических процессов переноса достигают здесь практически абсолютных пределов. Этими процессами можно управлять с помощью внешнего электрического поля.

В принципе можно периодически изменять содержание ртути или других примесей в растущем вискере, управляя подводимым напряжением. Вполне возможно, что, управляя этими и другими параметрами и осуществляя, например, рост в капиллярах, можно вырастить и вискеры нанометрового диаметра. И такие вискеры, конечно, найдут применение в наноустройствах хотя бы как проводники. Если же исследования вскроют некоторые естественные механизмы строгой симостабилизации поперечных размеров и линейной периодичности вискера по структуре и составу, подобные процессы могут окизаться весьма интересным объектом нанотехнологического поиска. Пока же они могут рассматриваться лишь как весьма интересная модель для него.

Вискеры могут расти под действием сильного электрического ноля (напряженностью в тысячи и десятки тысяч вольт на сантиметр) в вакууме и сильного температурно-концентрационного поля в газовой фазе. Последний процесс наблюдается, например, при выращивании эпитаксиальных

1 Подробнее о росте этих серебряных популяций см.: Химия и жизнь. - I980. - № 9. - С.80-85.
34

слоев германия с помощью транспортных реакции (эти реакции имеют некоторую примитивную аналогию с биогенетическими процессами, протекающими с участием транспортой рибонуклеиновой кислоты в живой клетке, если расположить параллельно на расстоянии примерно 100 мкм две пластины германия в атмосфере паров йода и создать между пластинами разность температур порядка 100°С (до 10000^o на 1 см). Этот процесс интересен тем, направление роста и распределение вискеров могут быть строго упорядочены, а диамметр вискеров минимален.

Рост по механизму nap-жидкость-твердь привлекает как бы запрограммируемостью форм, размерон и этапов роста нитевидных кристаллов. Этот механизм был раскрыт в середине 1960-х гг. Мои коллеги и я обнаружили его легируя эпитаксиальные слои германия в процессе роста: при некоторых критических концентрациях сурьмы или галлии на поверхности кристалла выделялись мипнатюрные капли сплавом этих примесей с германием, и рост вискеров начинался как по команде. причем каждый вискер нес на своей вершине питающую каплю. Варьируя концентрацию примесей в потоке газа удавалось управлять коллективным ростом вискеров и создавать структуры с их упорядоченными семействами Американский исследователь Р. Вагнер примерно в то же время провел исследования случайно возникавших вискеров. Пользуясь весьма совершенной для того времени микроскопической техникой, обнаружил капли на вершинах вискеров и первым опубликовал свои результаты. Позже детальное исследование этого механизма провел советский исследователь Е.И.Гивяргизов. Он обнаружил замечательное явление - периодические изменение диаметра вискеров при определенных условиях, а также научился изменять концентрацию легирующих примесей по длине вискера.

Если бы удалось достичь саморегулирования состава вискера по длине за счет периодической неустойчивости его формы, это могло бы послужить уже некоторым шагом к новой технологии. В силу размерно-чувствительных физико-химических явлений механизм пар-жидкость-твердь не позволяет выращивать вискеры нанометрового диапазона. Однако внешне он напоминает процесс синтеза белка в живой клетке, где в транслируемом участке информационной РНК формируется как бы нанокапля рибосомы или полирибосомы (так что процесс, протекающий в комплексе цитоплазма-рибосома-РНК, может быть уподоблен росту нити по механизму "жидкость-жидкоеть-белок"). При всей условности любых параллелей между эпитаксиальными и биогенетическими процессами аналогия между ними может послужить конструктивным началом при разработках новых технологий. В частности, основой генетического кода служат небольшие отличия геометрии связей звеньев ДИК-, РНК- и пептидных цепочек. Избирательность актов репликации и транскрипции генного синтеза определяется именно этими структурно-геометрическими отличиями. Эпитаксия также основана на структурно-геометрическом соответствии, и при условиях, 35 достаточно близких к равновесным, ее структурно-геометрическая избирательность в принципе позволяет прочесть закодированное в кристалле сообщение с нанометровым разрешением.

Конечно, путь из настоящего в будущее вряд ли будет прямым и гладким. Преемственность может быть сохранена лишь по отношению к общим принципам, а не к конкретным процессам и материалам. И прежде всего, как обеспечить устойчивый рост и структурную стабильность почти бесконечных цепей манометрового диаметра, абсолютное (именно абсолютное, поскольку счет идет на атомы) постоянство геометрии и формы кодонов?

Кластер C₆₀ - самое устойчивое из известных сегодня многоатомных образований и, вполне вероятно, самое устойчивое из возможных. Его размеры, структура, свойства столь неизменны и независимы от условий возникновения, как если бы это был новый гигантский атом.

Если представить, чти три атома углерода этого кластера замещены, скажем, пятивалентными злементами Р или N, а свободные связи последних стабилизированы водородом или некими молекулярными группами, мы получим подходящую основу для сотворения новых ДНК-подобных, РНК-подобных, а может быть, и аминоподибных структур. Они должны будут отличиться, однако, несравнимо более высокой стойкостью к температуре и радиации и болышей "готовностью" к включению любых химических элементов, чем известная живая материя. Почему же Природа не воспользовалась этой прекрасной возможностью? Может быть, просто потому, что Эволюция не располагает иным путем включения кластерам С₆₀ в контекст Жизни, чем через интеллект Человека?

Мембраны и пленки.
Достижения и границы микротехнологии.
Краткие замечания вместо пропущенных глав

Здесь мы пропускаем два чрезвычайно важных раздела. Пропускаем не только из-за недостатка места, но и потому, что им уже посвящено несколько выпусков издательства "Знание" [1]. Одна из этих пропущенных глав должна быть посвящена тонким пленкам - исторически первому прорыву технологии в нанообласть. Передний фронт тонко-пленочной технологии сегодня - это гетороструктуры, в которых на атомно-резкой границе различных монокристаллов возникают двухмерные электронные системы с совершенно необычными свойствами, сверхрешетки, содержащие десятки и сотни чередующихся пленок толщиной порядка десятка атомных диаметров каждая, "квантовая проволока",

↔ Рис.6. Смена поколений информационных устройств и принципы реализации из подсистем (ретроспектива): 1 - гибридные системы; 2 - ферритовые кольца; 3 - оптический ввод; 4 - звуковой ввод: 5 - тепловые машины; 6 - солнечные батареи: ОД - оптические лиски; МОД - магнитооптические диски

образующаяся в результате двухмерной конденсации атомов на ступенях роста (эффект, который, как и атомно-слоевая эпитаксия, был теоретически предсказан автором около 15 лет назад [2]), и наконец, так называемые пленки Ленгмюра-Блоджетт [3]. В последнем случае технолог непосредственно оперирует с пленками мономолякулярной толщины, создавая из них новые структуры (здесь вполне законно используется термин "зодчество"). Таким образом, в сфере тонких пленок технология не только уже работает в нанодиапазоне, но и вплотную подошла к его пределам. И притом в отличие от кластеров и вискеров, имеющих пока весьма ограниченное применение, применение тонких пленок в современной технике почти бесконечно многообразно, и прежде всего они лежат в основе технологии микроэлектроники, а следовательно, информаматики, робототехники, автоматики.

В двух других измерениях - в плоскости пленок - современная микротехнология развивается с помощью оптической, электронной, а отчасти рентгеновской (и синхротронной), а также ионной микролитографии.
37

↔ Рис.7. Смена поколений информационных суперсистем и принципы их реализации (предполагаемая перспектива): 1 - клавиатурный ввод; 2 - электропитание; 3 - солнечное питание: 4 - автономное питание

Микронный рубеж - размер линий литографического рисунка в диапазоне 1 мкм - практически уже взят, и размеры 0,8 - 1,2 мкм успешно завоевываются серийными изделиями. Известен и предел классической микротехнологии, классической микроэлектроники, классической микросхемотехники - около 0,1 мкм (остался всего один порядок, но трудности возрастают лавинообразно).

Что за ним? Квантовая неопределенность, случайность и квантовый коллективизм, новые принципы обработки информации, появление элемента непредсказуемости, предвестника творческого вдохновения, в электронных автоматах. И если до квантовых рубежей кремний - ближайший аналог основного элемента биосистем углерода - сохранит доминирующие позиции в системах электронно-кристаллических, в квантовой области ему придется делить первенство с углеродом с тем, чтобы затем окончательно ему уступить. Здесь много волнующих вопросов, в частности, о соотношении интегральных электронных систем и мозга [4]. Это темы совершенно самостоятельной беседы. Но безусловно, все современные достижения вычислительной техники, автоматизации, связи - итог развития микротехнологии (рис.6), обозримые перспективы связаны с продвижением технологии в более и более далекую субмикронную область (рис 7).

Литература

1. Технологическая база информатики. - М.: Знание, 1989.

2. Дорфман В.Ф. Микрометаллургия в микроэлектронике. - М.: Металлургия, 1978.

3. Блинов Л.М. Ленгмюровские пленки//УФН. - Т. 133. - ВыпЗ. - С.443.

4. Дорфман В.Ф.. Иванов Л.В ЭВМ и ее элементная база Развитие и оптимизация. - М.: Радио и связь. 1988.

Тайная гармония застывшего хаоса

Создание нового всегда связано с преодолением барьеров. С этим мы сталкиваемся в повседневной жизни, в работе (и жалуемся на это иногда напрасно). Эта закономерность имеет место и при возникновении новой физической структуры. Барьеры - это стены, которые позволяют любой структуре сохраниться под разрушительным воздействием тепла. Что стало бы с миром, если бы эти барьеры вдруг исчезли? На этот вопрос невозможно ответить, настолько он противоестествен. Ведь и сами атомы, и их ядра, и более мелкие единицы материи имеют внутреннюю структуру, сохраняемую благодаря барьерам. (Эту ситуацию можно сравнить, например, с террасами рисовых полей на склонах холмов: убрать барьеры, и все стечет вниз, в овраги и ущелья).
39

Итак, чтобы из старой структуры создать новую, надо преодолеть барьеры. Обычно это достигается с помощью того же тепла: если повысить температуру, т.е. увеличить энергию ненаправленного движения атомов и молекул, некоторым из них удается перескочить через барьер и перейти в новое структурное состояние. При соответствующих условиях можно постепенно перевести в новое состояние все вещество старой структуры или его часть. (Есть, правда, процессы, которые при повышении температуры выше некоторой критической протекают безбарьерно, сразу по всему объему старой структуры; но это совершенно не нарушает справедливости сказанного: критическая точка здесь заменяет барьер).

Тепловая (термическая) активация структурных и химических превращений - самый универсальный путь подвода энергии, необходимой для перехода вещества в новое состояние. Но этот путь имеет серьезный недостаток: тепло разрушает не только исходную структуру, но и вновь синтезируемую. Получается, что вновь создаваемая стройная система стареет ранее, чем она создана. (И, увы, не только в неодушевленном "физическом мире": существуют данные, что юное человеческое существо теряет чувствительность к самым нежным голубым тонам неба и к самым тонким звукам скрипки, еще не появившись на свет.)

Как справляется с этой проблемой живая Природа? Она "придумала" тонкие селективные механизмы, которые позволяют как бы обходить барьеры. На таких сложных путях можно найти "лазейки", где барьеры, а следовательно, н необходимая температура не столь высоки.

А если подводить энергию к каждому атому либо к каждой молекуле отдельно? Вместо того чтобы подводить энергию через синтезируемую структуру, мы оставим се холодной и заставим каждую частицу самостоятельно преодолевать барьер.

Дикая идея! Ведь в каждом кубическом сантиметре атомов, как звезд во всей Вселенной, в триллионы раз больше, чем людей на Земле. Как же подвести энергию к каждому из них?

Превратим исходное вещество в пар, ионизируем его молекулы (или атомы - это зависит от вещества и способа его перевода в пар) и создадим внешнее электрическое поле. Ионы будут ускоряться, и их можно будет направить к растущей новой структуре. При этом энергия подводится к каждому иону индивидуально, как мы хотели, хотя одновременно ускоряется множество ионов (в социальной сфере 40 температуре можно сопоставить свободную рыночную экономику, внешнему полю - централизованные стимулирующие действия, осуществляемые, однако, также через экономику). Правда, при уларе о холодную твердую стенку ионы очень быстро теряют свою избыточную энергию. Следовательно, избыток должен быть достаточно велик. Гели молекула слишком быстро потеряет, энергию, она не сможет преодолеть барьер, необходимый для перехода в новое структурное состояние. А если будет отдавать этот избыток слишком медленно, то отскочит обратно.

Что такое слишком быстро или слишком медленно? Время, отводимое каждой частице на "раздумье", обычно не более 10^-11 с, и примерно такой же порядок имеет время, за которое она передает свою избыточную энергию растущей структуре. Обычно элементарный акт химической реакции протекает за время 0.00001 с и более. И тем не менее быстрые ионизированные молекулы или атомы достаточно часто успевают перейти в новое состояние за время соударения А избытка энергии им вполне хватает. В самом деле, при разности потенциалов 100 В ион приобретает энергию, по крайней мерс в 10 раз выше любого барьера, при 1000 В - в 100, при напряжениях 100 кВ - в 10 000 раз выше барьера. В то же время даже при нагреве до 2000°С частицы имеют среднюю энергию почти на порядок ниже типичного барьера. К тому же требуется определенная ориентация подлетающих частиц для преодоления так называемых старических препятствий. Поэтому реакции, активируемые теплом, требуют тысячи, миллионы или миллиарды ударов - попыток на каждое удачное столкновение. А в случае прямой накачки энергии электрическим полем эффективность столкновений может достигать и 90%. А главное, как мы и стремились, синтезируемая структура не подвержена разрушительному действию температуры. Правда, она испытывает непрерывные улары падающих частиц. Но, оказывается, и эту трудность удастся преодолеть. Если сопоставить такой синтез с обычной химией, то приходит на ум сравнение обычного транспорта с космическим: наземные средства транспорта должны объезжать дома и неровности рельефа, воздушные - бороться со штормовыми ветрами и грозовыми фронтами, космические проносятся, не замечая этих препятствий. Правда, точность приземления обеспечить сложнее, и трудно представить, какой хаос воцарился бы на планете, если бы миллионы личных кораблей носились в космосе и независимо друг от друга садились на Земле. Эта аналогия имеет прямое отношение к нашей теме. И оказывается, по крайней мере в неодушевленной физической системе, в этом хаосе возникает своя внутренняя гармония. Наиболее интересный объект здесь - углерод и его соединения.

"Элемент жизни" обладает изначальным многообразием, "плюрализмом" различных валентных состояний атома, разделенных высокими барьерами. Отсюда многообразие и устойчивость углеродных макроструктур: алмаз, графит и бесконечное множество полимеров. Обычно эти состояния альтернативны: алмаз - диэлектрик или широкозонный полупроводник, рекордсмен среди всех твердых тел по твердости, коэффициенту преломления видимого света, скорости звука, теплопроводности. Графит - полуметалл, почти рекордсмен по мягкости, непрозрачен. Полимеры плохо 41 проводят тепло, обычно диэлектрики имеют низкие коэффициенты преломления и низкую твердость, но среди прочих свойств выгодно отличаются эластичностью.

Но оказывается, при росте углеродных пленок из плазмы, в которой молекулы исходных органических или эле-ментоорганических соединений разбиваются на более мелкие фрагменты, ионизируются и ускоряются во внешнем поле, все эти состояния - "алмазоподобное", "графитоподобное", "полимероподобное" - можно совместить. Получается структура, которая имеет преимущественно алмазный ближний порядок, преимущественно полимерный дальний и дозированную долю графитных связей. Это множество алмазных (или графитных) нанокластеров, объединяемых в единую двухмерную систему линейными и гибкими полимерными связями. В результате эластичная пленка имеет микротвердость драгоценного камня, необычайное сочетание высокой химической и механической стойкости, заданную в широком диапазоне электропроводность, регулируемую смачиваемость, оптические свойства и т.д. Углерод раскрылся перед современной техникой совершенно по-новому. Мы не можем ждать милостей от Природы, если пытаемся ее "изобретать", но наши возможности становятся почти безграничными, если мы внимательно наблюдаем за ее собственной неистощимой изобретательностью. Достаточно сказать, что алмазоподобчые пленки толщиной сотни или даже десятки атомных диаметров совершенно преображают технические изделия и материалы. А ведь в принципе в качестве исходного сырья можно использовать отхады нефтехимических производств, органического синтеза и т.п., поистине превратив отбросы в алмазы.

В действительности уникальное сочетание свойств углеродных пленок позволяет создавать на их основе новейшие типы приборов, изделий медицинской и бытовой техники. Но эта брошюра посвящена не ответам, а вопросам, и прежде чем поставить один из очередных волнующих вопросов, хотя бы кратко упомянем иной, казалось бы, противоположный путь синтеза пленок с необычной структурой. Путь этот состоит в расплавлении металла самым обычным термическим способом и последующем охлаждении с такой скоростью, что он не успевает перейти в нормальную структурную форму и консервирует в твердом теле "бесструктурное" состояние жидкости. Задача обратил предыдущей: у металла барьеры кристаллизации очень низки, и, чтобы она не успела произойти, необходима скорость охлаждения 1 000 000 градусов в секунду. Для этого металл выливают в виде тонкой пленки на стремительно вращающийся 42 охлаждаемый диск или барабан, и он застывает в виде аморфной пленки, "металлического стекла" - состояния, которое еще не так давно показалось бы нонсенсом. Аморфные металлы обладают массой полезных свойств. Скажем, магнитопроводы из аморфной стали позволяют намного повысить КПД трансформаторов и таким образом сберечь энергию и топливо, а благодаря этому и чистоту воздуха. Но в данном случае "песня совсем не о том".

В начале 1980-х годов израильский ученый Давид Шехтман, исследуя хрупкие аморфные ленты сплава алюминия и марганца, обнаружил, что при дифракции электронов от этих лент возникают строго симметричные картины, характерные для кристаллов (чудовищный парадокс!) но эти картины соответствуют правильным икосаэдрам (вспомним кластер С₆₀) с их совершенно недопустимой в кристаллах симметрией 5-го порядка!!! Недопустимой потому, что, строго повторяя фигуры такой симметрии, невозможно заполнить пространство, нельзя соблюсти условие дальнего порядка. Так были открыты квазикристаллы - структуры, объединяющие строгую симметрию и хаос, формальный аппарат теоретической физики и эстетико-математический принцип золотого сечения, теорию иррациональных чисел и теорию паркета...

Два года изнурительного труда потратил Шехтман на проверку своего открытии, чтобы полностью исключить любые случайности, прежде чем решился опубликовать результат вместе со своим соотечественником Я.Блехом, американцем Дж. У. Каном и французом Л Гратиа. Но затем в кратчайшее время научные журналы захлестнули потоки сообщении о новых и новых кваэикристаллах и им удивительных свойствах. Существует множество подходов к теоретическому описанию квазикристаллов. Один из них пытается свести эти удивительные образования к нормальным кристаллам, но тогда оказывается, что каждая их элементарная ячейка представляет кластер, содержащий не менее 2000 атомов!

Существует геометрический и потому фундаментальный закон: при беспорядочной укладке шаров образуется пористая структура. Исследуя различные свойства тонких алмазоподобных пленок, в частности их химическое поведение, автор этой брошюры обнаружил их удивительную проницаемость к ионам фтора: они атакуют подложку сквозь пленку, пленка отделяется от подложки уже через несколько минут, но сама сохраняется в травитсле в течение сотен часов. В то же время для других ионов, например хлора, алмазоподобные пленки совершенно непроницаемы (даже на дне Черного моря они надежно защищали металл в течение 9 месяцев). Эти и другие наблюдения привели автора к выводу: алмазоподобные пленки содержат нанопоры с характерным диаметром 0,3 - 0.35 нм, причем плотность таких 43 пор чрезвычайно высока: свыше I0²¹ см^-3, и занимают они до 10-15% объема пленки. (Сходный результат получили две группы американских исследователей.)

Однако если пленку растить с одновременной конденсацией атомов переходного металла, например вольфрама, они заполняют поры, и получается плотная непроницаемая пленка: то. что геометрически невозможно при укладке одного сорта "шаров", становится возможным в двухатомных и более сложных структурах. Пока вольфрам заполняет поры, пленка остается диэлектриком. Лишь при очень высоких концентрациях атомы металла занимают места в основной структуре, придавая ей проводимость. Образуется удивительное переходное состояние твердого тела, в котором его электрические свойства чрезвычайно чувствительны к разным воздействиям. При более высоких концентрациях вольфрама формируется металлическое стекло, тепловая, механическая и химическая стойкость которого на многие порядки превышает стойкость других металлических стекол.

Проводящую пленку можно исследовать с помощью туннельного микроскопа. Это сделали Владимир Иванович Панов и Сергей Валентинович Савинов и совместно с автором этих строк обнаружили предсказанные поры. Они оказались также икосаэдрическими образованиями (самые маленькие в мире Пентагоны! Их диаметр соответствует 0,3-0,35 нм).

Теперь мы можем сформулировать основной вопрос этого этюда- не являются ли процессы образования "алмазоподобпых" пленок и квазикристаллов и сами эти образования прототипом упорядочения первозданного хаоса, образования животворной среды, объединяющей в виде нанокластеров все возможные простейшие структурные формы и готовой для образования новых связей и более высокоорганизованных форм материи?

Примечание. Об алмазоподобных пленках см., например: Дорфман ВФ. Синтез твердотельных структур. - М..: Металлургия, 1986.

От микротехнологии к технологии микромира.
Технологические фантазии и фуги на тему 'Био"

В то время как микротехнология постепенно продвигается к нанодиапазону путем мучительного самосовершенствования, предпринимаются попытки прямого прорыва в будущее. Этот штурм одновременно готовится с разных флангов: 1) создание молекулярных аналогов электронных приборов и логических вентилей (через все промежуточные этапы уменьшения проектных норм); 2) создание автономных самодвижущихся наносистем (нанороботов), обладающих чувствительными органами с устройствами обработки информации, исполнительными механизмами (по образу объектов живой природы - вирусов бактериофагов и т.п., но превосходящими их возможностями: здесь минуются не 44 только стадии уменьшения проектных норм, но и создание отдельных элементов: предполагается лишь поэтапно усложнение структур функции "нанороботов"); 3) анализ фундаментальных физических процессов внутримолекулярного и атомного уровней как основы создания любых будущих наноустройств и наносистем.

Первое из этих направлений - так называемая молекулярная электроника - научно-техническая мечта, получившая собственное имя как зрелая область еще на заре развития микроэлектроники Здесь накопилось очень большое число наблюдений, публикаций, идей. Но фактические достижения имеются лишь в области микроисточников энергии; сравнительно близка реализация некоторых запоминающих устройств; в остальном мы встречаемся пока с новым типом научной фантастики, где на солидном теоретическом фундаменте строится гипотетический мир будущего. В еще более высокой степени это замечание справедливо для второго направления.

Сама собой напрашивается мысль, что развитие биотехнологии, и прежде всего технологии рекомбинантных ДНК (генной инженерии), достигнет такого состояния, когда биосинтезу станут подвластны не только рекомбинация и коррекция существующих в природе генов, но и создание новых структурных форм, как это имеет место в технологии интегральных схем.

Фактически эта проблема распадается на две: "Как создавать?" и "Что создавать?"

Ответ на центральный вопрос - как запрограммировать в генетической форме биологически активную структуру с заданными функциями - отодвигается в далекое будущее. Исследования электронных, механических и других функций молекулярных структур, с одной стороны, и реализация программы "Геном человека" - с другой, когда-то внесут здесь необходимую ясность. Пока же биотехнология развивается классическим путем проб и ошибок. Между тем самые смелые мечтатели высказывают надежду или уверенность, что со временем станут возможны генетические манипуляции не только с биомолекулярным "сырьем", но и с отдельными атомами. И не прекращаются попытки найти биоподобные или иные молекулярные формы, которые могли бы воспроизводить функции информационных машин или механических автоматов.

По высказанной в конце 50-х годов идее Р.Фейнмана (см.с.З) миллион миллиардов таких машин будут выполнять все мыслимые технологические и технические функции: 45 от обработки информации до обработки материалов. Это была самая фантастическая и смелая из всех идей, высказанных когда-либо в научных терминах. Так Р.Фейнман продолжил замечательную традицию, заложенную в середине 40-х годов другим нобелевским лауреатом по физике, одним из творцов квантовой теории Э.Шредингером, который еще до рождения молекулярной генетики и современной биофизики ясно сформулировал их основные задачи в книжке "Что такое жизнь? С точки зрения физика".

В конце 70-х годов Эрик К. Дрекслер вместе с небольшой группой энтузиастов начал исследования по нанотехнологии к в знаменитом Станфордском университете (США). В противоречии с классической постановкой научных работ - от исследования конкретных явлений к созданию реальных устройств шаг за шагом возрастающей сложности - Дрекслер сразу начал с заветной цели, по существу, сформулированной некогда Фейнманом. Но он придаст ей еще большую смелость: миллиарды машин размером с митохондрию бороздят сосудистую систему человека, излечивая его от всех болезней; подобные по размерам и сложности машины обволакивают пленкой строящееся здание и как бы выращивают его; они же осваивают космос и т.д. Дрекслер черпает свои идеи из "нанотворчества" природы прежде всего из биологического источника и, видимо, особенно из результатов новейших исследований иммунной системы. Он минимально апеллирует к электронике, предпочитает даже биохимические процессы трактовать с позиции механики. И известный резон в этом есть, поскольку по мерс продвижения в нанодиапазон разрыв между характерными временами "чисто" электронных, химических и механических процессов становится все меньше (см. рис. 8, 9).

Р.Фейнман незадолго до своей кончины вновь вернулся к нанопроблеме, доказывая возможность создания логического элемента, состоящего из нескольких атомов, в котором единичный квант энергии может служить носителем бита обрабатываемой информации.

Поскольку мы интересуемся абсолютным ресурсом прироОы. можно также показать, что физический предел плотности записи информации на кристалл примерно на порядок превышает плотность упаковки атомов. т.е. в каждом кубическом сантиметре вещества можно зафиксировать почти триллион триллионов бит - неизмеримо больше не только накопленной человечеством информации, но его мыслимых сегодня потребностей в ней.

↔ Рис8. Размеры объектов в соотношении с характерными временами процессов (слева) и с характерными энергиями процессов (справа). Заштрихованы "зарещеные" области. 1 - размеры объектов или характерные расстояния (метры); Т - характерные времена процессов; Е - энергия, затрачиваемая в среднем на один атом. Вce границы показаны ориентировочно.

↔ Рис.9. Временные масштабы технологий: й - продукты питании (готовые); 2 - одежда; 3 - машины, приборы; 4 - здания, сооружения; 5 - дороги, мосты, туннели; 6 - города; 7 - сельскохозяйственная продукция; 8 - военная техника; 9 - источники энергии; 10 - посуда, метизы и т.н.; 11 - ювелирные изделия и произведения искусства: 12 - области знании

цивилизации около 5000 лет назад каждый житель планеты был писателем, превосходящим своей литературной плодовитостью А.Дюма, все накопленное человечеством литературное наследие заняло бы не более 1/1000 кубического сантиметра такой запоминающей среды. Так что последнюю можно сопоставить с информационной звездой, в которой нс вещество, а данные сжаты в триллионы раз.

Правда, чтобы записать эту информацию с такой плотностью существующими средствами, понадобились бы геологические масштабы времени, а чтобы прочесть се, потребовалось бы больше времени, чем существует Вселенная. Так что, скорее мы мысленно сотворили не информационную звезду, а информационную черную дыру. Но научно-техническая история знает немало примеров реализации 48 вчерашних "несбыточных фантазий", иные из которых казались физическим абсурдом.

В данном случае можно строго доказать, что запись информации « кристалле с такой плотностью физически "разрешена", и будучи однажды записанной, она может сохраняться там неограниченно долга Труднее доказать, но есть лее основания предполагать, что развитие ферментативных механизмов живой природы позволит расширить многообразие химических свойств каждого элемента, а следовательно, и потенциальные возможности нанотехнологии по сравнению с технологией пбычшщ. Волее того, электронные оболочки отдельного атома в принципе могут служить "чувствительным органом" наномаишны, выполняет ли он функции чтения информации и.ли "проирпывачия" окружающего мира. В действительности мы здесь только начат фантастическое путешествие в "физически допустимый" мир, который, несомненно, когда то станет реальным.

Весь гигантский и непрерывно растущий арсенал биохимических, биофизических и молекулярно-биологических знаний может активно включится в научно технологический прогресс, как только и биология и технология достигнут необходимого для этого критического уровня. В результате эволюции электронной технологии от микро- к нано- и ее слияния с генной, вероятно, будет достигнуто соединение, при котором станет возможным производство в массовых количествах любых технических устройств. Однако вряд ли в этом главное предназначение будущей нанотехнологии. Она, по всей вероятности, сможет синтезировать структуры, способные к саморазвитию, и положит начало вторичной эволюции (см.рис. 4,5). И главный вопрос - пойдет ли вторичная эволюция по пути совершенствования человека или вытеснит его из авангарда в подчиненную экологическую нишу (см рис. 1,2)?

Великое объединение и границы технологий.
Возможно ли технологическое зодчество внутри атома, пико-, фемто-... технологии?
Футуроскоп конструктивных абсурдов

Если человеческая мысль предвидела существование атома за 2500 лет до создания устройств его наблюдения, то, убедившись в его реальном существовании, она не может остановиться и должна смотреть теперь дальше вперед. Атом действительно трудно исчерпать, и он даст достаточную почву для нашего пока фантастического, но не лишенного физических оснований компьютерного зодчества. Подчеркнем: все приводимые ниже фантастические этюды не следует рассматривать как научные гипотезы. Это лишь удобный способ выйти за рзмки традиционного мышления и посмотреть на Технологию, Науку, на их любовь и антагонизмы с иной стороны.

Мы можем рассматривать ядерную субсистему атомов как пикоструктуру, погруженную в наноструктуру множества элементарных ячеек 49 твердого тела. Каждом наноячейка будет выполнять сложную информационную работу и, в слою очередь, входить в состав микроячеек - злектронных процессоров размером менее микрометра, распределенных в объеме системы Объекты с размерами нынешних микросхем точнее было бы называть миллиетруктурами. В свое время каждая та кая миллиструктура сможет решать весьма совершенные задачи моделирования и анализа объектов и явлений внешнего мира, управления сложными исполнительными устройствами. Она сможет также входить как составная часть в макросистемы, каждый из которых, имея размеры нашего мозга, будет неизмеримо превосходить по производительности, а главное, по классу выполняемых функций весь вычислительный парк современности.

Ни первых порах будем считать ядро каждого атома системы неизменным на протяжении срока ее службы. Однако, используя весь набор стабильных изотопов и замещение атомов взаимно растворимых элементов, мы сможем превратить каждое ядро в постоянную память емкостью до нескольких байт. Спектр соспюяний и времен релаксации, связанныхx с ядерным магнитным резонансом, дает потенциальную возможность реализовать целую иерархию палупостоянных и оперативных пики и нано-ЗУ, а явления химического сдвига, взаимодействия электронов проводимости с ядром (сдвиг Найти) и т.п. эффекты - обеспечить зффективное взаимодействие пикоуровней структуры со всеми верхними уровнями как локально (в пределах одного атома), так и кооперативно, глобально по всей структуре. Внутриатомные электронные переходы, включая глубокие переходы типа Оже, в принципе позволяют осущеситвлять логические функции в подсистемах, геометрические размеры которых занимают промежуточное положение между пико- и на нанодиапазонами. Правда, совсем не очевидно, что эти процессы могут быть сколь-нибудь жестко детерминированы Но надо научиться создавать и использовать информационные системы, элементы которых действуют на основе случайных событий.

Многообразие злектронных состояний и электрон-ядерных взаимодействий в атоме любого тяжелого элемента столь велико, что в принципе каждый из них может послужить основой информационной системы, которая по уровню сложности намного превзойдет современный транспьютер. К тому же множество иных замечательных физических эффэктов - эффект Мессбаузра, Зеемана, Яна-Теллера, ядерный фотоэффрект, акустический ядерный магнитный реюнанс и др. - как бы снабжают наш атомный транспьютер небывалыми рецепторами, открывают многообразные возможности прямого приема нашим "атомным транспьютерам" разнообразных сигналов внешнего мира, их анализа и фантастически точных измерений.

Таковы некоторые из потенциальных возможностей атома, которые открываются, даже если ядро считать неделимым. Фактически мы оперировали теми внутриатомными 50 процессами, сигналы о которых посылал уже свет первобытного костра - первого в истории человечества искусственного источника энергии. Ныне ядерный "костер" атомных станций, которые обеспечивают до половины и более энергопотребления многих стран, посылает сигналы о внутриядерных процессах. Так что энергетика как всегда проникает в глубь строения вещества впереди всех иных технологий. Поэтому интересно взглянуть на эволюцию энергетики в целом.

При таком суперрстроспективном взгляде особенно важен правильный выбор характеристических параметров (так сказать, "угла зрения"). Наиболее естественным таким параметром кажется энергетический уровень основных физических процессов соответствующих источников энергии. Однако на этом пути мы мало чего достигнем. Термохимические реакции костра, и видимый нами солнечный свет, и питаемый ими фотосинтез, создавший биосферу, и современные солнечные батареи - все это узкий диапазон энергий порядка 1 эВ; на несколько порядков ниже характерные энергии механических систем - безразлично, идет ли речь о влекомой ишаком древней повозке или о суперсовременном роботе; энергетика деления и энергетика синтеза атомных ядер различаются по данному критерию едва на порядок, но первая заполонила мир, вторая еше не создана. Гораздо более эффективным окажется наш выбор, если мы соотнесем два времени время накопления соответствующего источника энергии и историческое время начало его практического использования (puc. 10)

Первобытный человек начинал с наиболее легко воспламеняющеюся растительного топлива, время накопления которого в Природе от одного до нескольких лет, а затем переходил, с одной стороны, к использованию "тяги" животных, совозрастных сравнительно молодым растениям, к сжиганию все более плотной и старой древесины, а затем к ископаемому топливу, все более древнему и калорийному, а с другой стороны, к самостоятельному накоплению солнечной энергии, сначала через примитивную биотехнологию, т.е. накапливая солнечную энергию через фотосинтез, а затем также через использование гидроэнергии, энергии ветра и т.д., ко все более "молодым" источникам.

Тяжелые ядра атомов сравнительно молоды - им "всего" 5-10 млрд.лет. Легкие ядра достались нам от ранней юности Вселенной, и похоже, что мы никогда не овладеем их энергией "окончательно", но лишь асимптотически и поэтапно будем осваивать их скрытый энергетический потенциал.
51

↔    Рис.10. Возраст энерготехнологий в зависимости от времени накопления энергии в источнике соответствующего вила. Источники: I - легкие ядра (синтез); 2 - тяжелые ядра (деление); 3 - геотермальная энергия; 4 - высококалорийное ископаемое топливо (каменный уголь, нефть, гл); 5 - среднекалорийное ископаемое топливо (бурый уголь, сланцы); 6 - низкокалорийное ископаемое топливо (торф); 7 - древесина; Я - мускульная энергия; 9 - быстрорастущая биомасса; 10 - гидроресурсы материков; II - энергия ветра; 12 - приливная энергия океана: 13 - теплоэнергетическая гидростанция; 14 - прямое преобразование солнечной энергии (А - "солнечные" двигатели; Б - электронная аппаратура с "солнечным" питанием)

В 1988 г. научный, да и не только научный мир был взволнован сообщением об успешном холодном ядерном синтезе ("холодном термояде"). Идея эксперимента, в котором, согласно утверждениям авторов (С.Понс и М.Флейшман), удалось это сделать, крайне проста (и отнюдь не нова): при электролизе тяжелой воды палладисвый катод насыщается дейтерием.

Новейшие результаты, полученные множеством экспериментальных групп в разных странах, склоняют большинство ученых признать реальность "холодного термояда", правда, не в сильной форме, утверждаемой Понсом и Флей-шманом, а в существенно более слабой, о которой независимо сообщил Стивен Джонс. Одно из возможных объяснений
52 этого эффекта, которое вполне укладывается в рамки классической физики, основано на встроенном электростатическом заряде в микротрещинах насыщенного дейтерием палладия. Электростатический заряд хорошо знаком каждому в наш "пластмассовый" век: он достигает величины нескольких киловольт и, несмотря на ничтожную мощность, становится порою не только источником наших неприятных ощущений, но и причиной пробоя интегральных схем или, что гораздо страшнее, взрывов и пожаров. В данном случае предполагается, что в лабиринте микротрещин этот заряд создает эффект линейного ускорителя электронов, которые передают свою энергию дейтронам и вызывают их синтез. Также заметим, что необходимая энергия ~3 кэВ примерно соответствует глубоким оже-переходам и что в заряженных микроканалах дейтроны могут иметь некоторую преимущественную ориентацию, которая облегчит их слияние.

Но даже если бум, поднятый Понсом, Флейшмачом и Джонсом, завершится полным фиаско, поведение плотной популяции нуклонов в кристаллической решетке может оказаться не слишком простым, как в модельных условиях "чистого" физического эксперимента с пучками свободно летящих частиц, и кристаллическая решетка с ее нанометровы-ми внутренними размерами элементарных ячеек может оказаться первым окошком в пикотехнологию.

Если мы наберемся смелости и продолжим таблицу 1, то слева получим ряд значений 0,7-7 10^-19 м. 2-6 I0²⁴ м. 0,7-2 10^-28 м. 2-7 10^-33 м, а справа верхняя и нижняя оценки сольются в один предел - 3,3³⁰ м. Все эти значения можно сопоставить с некоторыми гипотетическими моделями микро- и макромира Отметим лишь две из них: крайний нижний предел примерно в К раз превышает "квантовую гравитационную длину" - квант пространства, где все принятые модели предсказывают "великое объединение" фундаментальных физических взаимодействий. Верхний предел, возможно, соответствует лабиринтной Вселенной Хокинга, состоящей из множества метагалактик¹. Замечательно, что в новой картине мира, охватывающей в едином ансамбле структур весь этот не подвластный "здравому смыслу" геометрический диапазон, объединяются не пюлько фундаментальные физические взаимодействия, но и все основные модели, ранее созданные для обыденных объектов.

Вода, кристаллы, магниты, струны и Вселенная - что общего между ними? Замерзая, вода образует твердую фазу, которая содержит пузыри и тонкие волокнистые дефекты. Это наследие начального момента в истории глыбы льда.

1 Примечания. Стивен Хокинг. Краткая история времени (Brief History of the Time. - London, 1988).
53

Металлы могут содержать дефекты упаковки и антифазные домены - фактически замкнутые дефектные поверхности. В ник обычно имеются дислокации - линейные дефекты. Петли дислокаций могут прогибаться, испускать новые дислокации или вакансии, возвращаться в исходное состояние, пульсируя, как струна, и генерирован, новые и новые дефекты или служить центром разрушения (зародышем трещины) всего кристалла. Наконец, в кристалле всегда содержатся точечные дефекты. Абсолютная энергия каждого из них ничтожна. Но плотность энергии максимальна. Именно точечные дефекты влияют на электрические свойства полупроводника или диэлектрика.

В диэлектрических ферромагнитных кристаллах с одноосной анизотропией магнитные домены во внешнем поле обретают цилиндрическую форму. При определенных условиях их можно наблюдать непосредственно, и они напоминают пузырьки. Да и по существу они похожи на пузыри, поскольку домен отличается oт окружающего кристалла только ориентацией. "Микронаблюдатель" смог заметить это отличие только при переходе через границу домена - доменную стенку толщиной порядка 1 нм. Аналогично сама стенка может быть разбита на области с различной магнитной ориентацией, отделенные друг от друга исчезающе узкими "блоховскими линиями", а сами эти линии разбиваютсв на участки с различной ориентацией намагниченности "магнитными точками". Магнитные стенки, линии, точки... Ничтожна область пространства, занимаемая этими элементами, по сравнению с пузырями, но высока концентрация энергии. Захлопывание - коллапс пузырей - происходит с сохранением невидимых, скрытых, магнитных дефектов с еще более высокой концентрацией энергии. Новые пузыри зарождаются только при очень высокой внешней напряженности поля и исчезают бесследно при еще более высокой Эти скрьиые дефекты - невидимые реликты той эпохи в истории машитного кристалла, когда все зарождалось в нем он охлаждался от весьма высоких температур или был погружен в область очень высокой напряженности поля. Магнитный пузырь - объемное образование, но доменные стенки, линии, точки - почти "геометрически чистые" образы. И каждый раз при уменьшении мерности пространства происходит возрастание плотности энергии.

В космологической картине мира, а ранней истории жизни Вселенной современная физика также рассматривает образование пространственно-временных доменов. Их границы - доменные стенки - как бы двухмерные дефекты инфраструктуры Вселенной. Они могут, как полагают некоторые исследователи, течь сквозь пространство, оставляяя за собой пузыри галактик, которые мы видим в свои телескопы Рассматриваются и линейные образования - космические струны Первоначально теория струн была разработана для элементарных частиц на кварковом, если не субкварковом уровне. Но вот модель струн в совершенно преображенном ввиде предложена для космоса. Теперь пузырь - это вся доступная нашему наблюдению Вселенная Таких пузырей может быть много Каждый из них расширяется после Большого Взрыва. Через 10^-35 с после взрыва температура 54 упала до 1000 трлн. градусов, и началось разделение взаимодействий. Это нечто вроде кристаллизации молодой Вселенной. Домены пространства-времени, доменные стенки, линии (струны), точечные дефекты - от массивных черных дыр, чье существование уже практически доказано, до гипотетических монополей - элементарных образований исчезающе малых размеров с массой амебы.

Вес эти аналогии используются физиками, и в любом случае речь идет о возникновении дефектов пространственно-временной структуры Вселенной. Эти дефекты сохраняют плотность вещества и энергии, характерные для ее начального состояния, в них сохраняются условия великого объединения сил и частиц, электроны и кварки неразличимы, ядерные слабые и сильные взаимодействия имеют одинаковую силу; плотность около 10²¹ г/см. Их диаметр в 100 000 000 000 000 000 раз меньше протона. Если физическое пространство растянуть так. что атом расширится до размеров Солнечной системы, диаметр струны останется много меньше вируса. Но все же "каждый дюйм ее длины будет иметь массу, как весь массив Швейцарских Альп, а несколько миль - массивнее всей Земли". И каждая струна движется в пространстве со скоростью, близкой к скорости света. Они вибрируют, свиваются в петли, петли уменьшаются в диаметре. Они излучают гравитационные волны. Вообще это настоящие фабрики пространства-времени. И именно этими фабриками произведены некогда галактики, кластеры галактических множеств и суиеркластеры таких кластеров. Ныне одни петли струн могут иметь диаметр 1000 св.лет, другие - 10-100 млн. св.лет.

Что будет, если струна столкнется с планетой? Она может пройти се насквозь, не "заметив" ни одного атомного ядра Но сверхмощное гравитационное поле струны заставит сжиматься планету. Например, если струна пройдет сквозь Землю по экватору, области Южного и Северного полюсов помчатся друг к другу со скоростью 10 000 миль в час. Однако самая ближайшая из струн (если вообще эти струны реальность), видимо удалена от нас не менее чем на 1 млрд.св.лет.

Предложены и еще более удивительные гипотезы. Струны обладают сверхпроводимостью. По мере того как они проходили через фантастические магнитные поля молодой Вселенной, в них наводился ток силой 100 000 000 000 000 000 000 ампер. Воздействие магнитного тока этого тока на первобытный газ молодой Вселенной могло вызвать образование галактик и их кластеров.

Непосредственно проверить эти теории нельзя будет никогда. Все, на что могут рассчитывать ее творцы, - правильное предсказание некоторых реальных сегодняшних черт Вселенной на основе сценария ее далекого прошлого. Например, струна искривляет пространство и ход лучей света в нем, действуя как гигантская, гравитационная цилиндрическая линза. Если такая струна расположится между Землей и более удаленными галактиками, мы будем видеть их удвоенные изображения. И по крайней мерс в одном случае это. похоже, действительно наблюдается. Четыре пары почти 55 идентичных галактик выстроились вдоль одной линии. Три из них на расстоянии 4,5 млрд.св.лет, одна - 2,5 млрд. Что это - редчайшая случайность, некий более или менее "классический" гравитационно-оптический эффект или действительно струна - точно не будет доказано никогда, но убедительно прояснит будущее. Однако важно, что физические модели столь разных явлений, как замерзание воды, образование и рост кристаллов, возникновение и жизнь магнитных доменов, возникновение и жизнь Вселенной, рождение и гибель элементарных частиц, пронизывают струны общих идей.

Любая попытка навести прямой мост между этими абстрактными картинами мира и реальной технологией имела бы не больше смысла, чем предложение выткать полотно из космических струн. Но все же определенное отношение к технологии зпш полуфантастические формальные конструкции имеют. Технология всегда развивалась в иерархических структурах. Овладевая очередным ярусом в пространстве энергий-времен расстояний, она готовила почву для овладения следующим ярусом и рецепторами естественных наук осторожно прощупывала третий ярус До середины XX в. она создавала новые структуры в основном в диапазоне от I0^-3sup> м (детали точных механизмов) до 10² м (здания и сооружения). Но промышленная химия и биотехнология, по существу, оперировали нанообьектами. а урбанизация и создание индустриальной инфраструктуры регионов, трансконтиненпшльные системы связи и транспорта продвигали крупномасшпшбный фронт технологии до НУ ж. Одновременно физика атомного ядра и астрономия исследовали следующий ярус мироздания. Вторая половина XX в. подводит итог всей предшествующей истории науки и технологии. Микротехнология кристаллических устройств и генная инженерия, с одной стороны, астронавтика и космическая технология - с другой, при всей своей противоположности согласованно продолжают ту же тенденцию и овладевают следующим ярусом, а теоретическая физика вырывается за пределы реально доступного мира. Суперколайдеры открывают возможности прямого диалога с Природой в диапазоне размером до 10^-20 см. а оптическая, рентгеновская, нейтринная и радиоастрономия - до 10²⁸.

Когда же нанорубеж будет взят технологией, она неизбежно начнет штурмовать пикодиапазон. Сегодня мы можем лишь чисто умозрительно строить гипотезы о том, как будет происходить этот штурм. "Законными" с современной научной точки зрения могут быть только рассуждения о синтезе стабильных изотопов тех или иных элементов. И лишь набравшись смелости, мы можем высказать некоторые абсурдные мысли:

Абсурд № 1. При достаточно высоких давлениях и температурах удастся синтезировать из нуклонов кристаллические структуры и полимерные цепи (в таких структурах, конечно, должны преобладать нейтроны, и хотя устойчивых бинейтронных и тринейтронных комплексов 56 пока не обнаружено, образование более сложных устойчивых структур вовсе не исключено).

Абсурд № 2. Эти еретические ядерные структуры можно будет стабилизировать изнутри и снаружи лептокам и и нормальными атомными оболочками так, что их можно будет сохранять неограниченно долго при обычных условиях и распределять их тяжесть на нормальные конструкции.

Абсурд № 3. В таких структурах удастся записывать информацию плотнее, чем в электронных и оптических системах, на 10 порядков плотнее в линейном измерении и на один порядок на единицу площади, а быстродействие их возрастет даже на 15 порядков благодаря кооперативным сильным взаимодействиям.

Абсурд № 4. Благодаря такому повышению информационной емкости и производительности ядерный интеллект сможет моделировать объекты и события обычного мира, включая нас самих, детально и с огромным опережением времени прогнозируя будущее, что совершенно изменит самые основы человеческого бытия в пространстве и времени.

Абсурд № 5. Ядерный интеллект и основанные на нем пикороботы будут настолько превосходить по своим информационным возможностям, быстродействию, геометрическому разрешению и локальной энергетике возможности структур из обычных атомов, что они смогут осуществлять непрерывную внутреннюю регенерацию и совершенствование живого организма, обеспечивая ему вечную молодость.

Абсурд № 6. Ядерные нано- и пикороботы возьмут на себя выполнение всех технологических задач, не требуя внешних источников энергии; таким образом, все внешние проявления технологических производств исчезнут с лица Земли, и при высочайшем уровне жизни на ней восстановится экологическая гармония на еще более высоком уровне, чем когда-либо прежде.

Абсурд № 7. Поскольку ядерные структуры смогут существовать в обычных условиях только в наномасштабах, они не будут представлять угрозу существованию человека и человечества.

Абсурд № 8. Проникновение интеллекта на ядерный уровень на Земле послужит основой для освоения не только планет и других холодных космических тел, но и поверхностной оболочки Солнца.

Такие оптимистические картинки будущего мы можем увидеть через 57 розовый футуроскоп. Однако если надеть на этот прибор противо-туманные светофильтры, мы увидим некоторые тревожные детали, ростки которых намечаются уже сегодня.

Физика конца XX в. строит гипотетические модели, условия экспериментальной проверки которых недостижимы в земных условиях не только сегодня, но, вероятно, никогда. Однако если проследить динамику роста размеров ускорителей, то в среднем они увеличиваются на порядок каждые 10-12 лет. Разрешающая способность этих суперприборов находится в обратном отношении с их размерами. Ускоритель радиусом с лунную орбиту позволит проникнуть в материю на глубину, вероятно, 10^-24 м, а с орбиту Плутона - 10^-28 м, приблизившись вплотную к квантовым пределам.

Нельзя установить пределов познания и творчества. Проникновение физики, а следом за ней и технологии в глубь структуры материи само по себе прекрасно. Но если наше активное воздействие на Природу опережает наше понимание возможных следствии, эти следствия оказываются порой весьма серьезными. И экологические тревоги конца XX в. покажутся ничтожными в масштабе будущих.

Современные физические мифы хорошо математизированы. Но они не перестают от этого быть более или менее убедительными мифами. Один из самых захватывающих среди них - модель вселенского лабиринта, состоящего из множества метагалактик, в одной из которых располагаются Солнце, Земля, Цивилизация и каждый из нас.

Но если уж позволительно строить мифы, представим на мгновение, что Вселенная - не бесконечный лабиринт, а упорядоченный кристалл. Что если в зтом кристалле действуют еще не известные науке взаимодействия, со своими пространственно-временными законами и знергетикой (рис 11)? Что если пучок ускорителя когда-то достигнет одной из струн-связей зтого метаристалла и paзрушит ее в одной-единственной точке? Как ни мало обосновано ныне такое предположение, события, вызванные таким дефектом фундаментальной структуры пространства времени, могут оказаться эсхатлогичными.

Научно технический прогресс, набирая силу, становится все более независимым от желания и воли отдельных людей. Темп прогресса ускоряется. Если Демокрита отделяет от Беккереля и Резсрфорда 2500 лет, то этих последних отделяют от Хиросимы только 50 лет. Нанотехнология сегодня только зарождается, а свидетелями ее зрелости станут лишь внуки или правнуки ныне живущих людей. Но, посягая на переустройство мира, "только" начиная с атомного яруса, она неизбежно вызовет к жизни вторичный эволюционный поток, когда что-либо исправлять окажется слишком трудно, если не поздно.
58

↔ Рис.11. Тетраэдр мировых сил: m - масса; Е - энергия; tau - время; L - расстояние; S - сильное; е - электромагнитное; W - слабое; G - гравитационные взаимодействия, объединяющие эти "модусы" бытия (у связей приведены их безразмерные константы). А что если существуют еще не открытые силы (показаны волнистыми линиями), завершающие этот тетраэдр? Назовем их ультрасильной (US) и инфраслабой (IW). Забавно, что их константы можно получить простыми комбинациями. Для технологии это означало бы открытие новых измерений

Мы не имеем права отворачиваться сегодня от будущая тревог, ибо Технология не только решает проблемы, наследуемые из прошлого, но в создает всегда еще более сложные проблемы в долг, взятый у будущего.

Эпилог
Этот странный корабль "технология"

Технология - это накопленный опыт и средства созидания. Она питает и растит всю человеческую культуру. Служит почвой, на которой взрастает древо свободы и духовности. Формирует мышление, сама формируясь им. Технология питается Природой и создаст в ней новую реальность. 59 Одинокий парус в океане - древнейший символ слияния Стихии и Цели, Свободы и Воли, Природы и Технологии.

Технология создает средства разрушения ценностей и уничтожения их созидателей. Она производит оружие, которым экспансивные формации стирают из бытия культуры и цивилизации. Создаст инструментарий, которым тираны истребляют дух человеческой свободы и индивидуальности и замещают плюрализм развития тоталитаризмом застоя и регресса. Сама Технология становится безликой силой унификации и разрушения, когда и где она опережает в своем развитии Культуру и коллективный Разум. Так же, как и Культура, лишенная технологической почвы, обрекает нацию на инфантильность и нищету. Как уловить и сохранить здесь баланс? Как уловить и сохранить другой баланс - между естественной эволюцией и технологическим прогрессом? Технология уже окутывает планету миазмами отходов, в которых задыхаются и Природа и Человек, породившие Технологию. Кажется, в конце XX в. вновь ожили древние духи, но ожили в удушающих объятиях технологического дракона.

Чем глубже корни Технологии проникают в глубь структуры материи, тем шире и выше крона цивилизации, тем глобальнее и созидательный и разрушительный ее потенциалы. Технология камня более 10 000 лет назад породила градостроение, 100 лет назад началось победное шествие по планете городов-гигантов из бетона и металла, и ныне основная часть населении развитого мира живет в этой технологически синтезированной среде. Еще лет через 50 это шествие распространится на ближайшие планеты Солнечной системы. Некогда технология кожаных свитков и бумаги позволила человеку запечатлеть свои мысли. Ныне технология микрокристаллов позволяет обрабатывать эти мысли в машинах и отображать их на экране. Завтра нанотехнология позволит передоверить машинам управление всей Технологией, здравоохранение и массовый досуг. В принципе "физика не запрещает" технологическую экспансию на все. что мы осознаем и видим в себе или космосе, даже на поверхности Солнца. Она лишь требует, чтобы этой экспансии предшествовало проникновение технологии в глубинные "подвалы" бытия - в пико-, фемто-, атто...-уровни. Но не уничтожит ли эта вторичная эволюция, называемая прогрессом, все одухотворенное человечество? Ядерные взрывы, экологические кризисы, болезни века - угрозы явные и потому не самые страшные. Куда 60 коварнее скрытая угроза эскалации успехов.

Эта брошюра - палуба суденышка, устремляющегося в одиночку в бурное море, полное противоборствующих ветров и течений. Но видеть угрозы - не значит сидеть дома. Кто-то должен начать рисовать карту штормовых ветров и подводных рифов. Рифы еще ненаезженных путей всегда влекут лишь одиночек. Читатель волен стать одним из них.

Никогда еще человечество не приступало к реализации столь фантастичных замыслов. И никогда еще фантазии, даже в сказках, не были столь смелыми, как эти научно сформулированные задачи.

Весь осязаемый нами мир, частицей которого являемся и мы сами, сложен из атомов. Технологии прошлого (а история технологии насчитывает не менее 2 млн. лет) сводились к обработке готовых атомных "конструкций", подаренных нам Природой, или в лучшем случае к управлению естественными процессами "сборки" атомов. И вот начаты работы по созданию Технологии, которая позволит управлять каждым актом укладки атомов в синтезируемый объект. Таким объектом может быть ген не существующих пока организмов, информационная машина или робот, целое здание... Однако в действительности легче представить общие черты самой будущей технологии, чем объекты, которые она будет создавать. Ведь технология, даже самая "фантастическая", должна опираться на уже достаточно изученные фундаментальные законы физики микромира, а создаваемый ею макромир - это совершенно новая реальность, новая форма бытия. Его аналоги было бы напрасно искать в минувших эпохах, и если у Природы есть некоторые подсказки, наше восприятие еще не подготовлено к тому, чтобы их воспринять.

Однако наряду с вопросами "как" и "что" существуют не менее важные "когда" и зачем". Во-первых, создание новой технологии потребует гигантских средств, а возможности существующих технологий еще далеко не исчерпаны. Во-вторых, создав свсрхмогуществснную технологию, к которой оно еще психологически не готово, человечество может оказаться в положении ученика чародея, но ученика, которому не от кого ждать помощи, и первая же проба нового обратится планетарной Хиросимой. Итак: когда? зачем? как? и что?

Геометрический масштаб - важнейшая характеристика технологии, определяющая и цели и стиль се деятельности. Будем ясно различать размеры создаваемых объектов (обозначим
61

↔ Рис. 12. Геометрическая шкала технологий: L - размеры создаваемых объектов; I - разрешающая способность технологий, метры. Стрелки показывают направления развития технологий. Cокращения: Т - технологии; И - видимый диапазон.

этот параметр символом L) и размеры их мельчайших деталей, то есть разрешающую способность технологии. Тогда все известные или мыслимые сегодня материальные технологии закономерно распределятся на диаграмме - рис.12 (см.рис.4,5,8,9). На том же рисунке показаны биологическая шкала размеров (так сказать, шкала целей, поскольку асе технологии должны служить жизни) и физическая шкала расстояний (ее можно назвать шкалой средств). Ни одна из созданных технологий не выбрасывается 62 бесследно - ее принципы естественно вливаются в развивающийся организм Технологии.

Термин "нанотехнология" относится, конечно, не к размерам объектов, а к размерам "деталей". Нанометр (миллиардная доля метра) - это характерный размер неорганической молекулы, мельчайшая "деталь" строения вируса, период решетки многих кристаллов (например, у граната период даже несколько больше нанометра). Предел разрешающей способности нанотехнологии -0,1 нм равен диаметру самого маленького из атомов - атома водорода (точнее, 0,092 нм; максимальный диаметр стабильного атома у цезия: 0,536 нм). Что же касается размеров "наноизделий", то здесь диапазон достаточно широк: снизу он ограничивается единицами нанометров, а его верхняя граница точно не определена и имеются даже аргументированные надежды, что нанотехнология позволит буквально выращивать целые строительные конструкции. Для сравнения напомним, что микротехнология - научно-технический лидер конца XX в. - характеризуется сейчас показателями: 0,8 мкм < L < 0.02 м (1 мкм = 1000 нм).

Однако возможности микротехнологии еще далеко не исчерпаны, и прежде чем начнется штурм "нано", предстоит длительная и упорная работа в царстве "микро".
63

Научно-популярное издание
Вениамин Фрилелевич Дорфман
ЭВОЛЮЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
ИЛИ НОВАЯ ИСТОРИЯ ВРЕМЕНИ
Гл.отраслевой редактор Г. Г. Kирвовский
Редактор Б. М Васильев
Мл. редактор Н.А. Васильева
Художник Л. Н. Романенко
Худож. редактор И. Л. Емельянова
Текн. редактор Т.В. Луговская
Корректор В. И. Гуляева

ИБ № 11575
Подписано к печати 27.11 40. Формат бумаги 84х108 1/8. Бумага тип №2. Гарнитура -Таймс" Печать высокая. Усл.печ.л.3,36. Усл.кр.-отт.3,98. Уч.изд.л. 3,98. Тираж 42808 экз. Заказ 1902. Цена 15 коп. Издательство "Знание". 101835. ГСП. Москва. Центр, проезд Серова, д 4. Индекс заказа 904611. Отпечатано с оригинал-макета издательства "Знание" а типографии Всесоюзного общества "Знание". Москва, Центр. Новая пл, д.3/4.

ББК 32.834.308
Д 69
Редактор Б. М. ВАСИЛЬЕВ
Дорфман В.Ф.
д 69
Эволюция технологий или новая история времени. - М.: Знание, 1990. -. 64 с. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Радиоэлектроника и связь"; № II).
ISBN 5-07-001867-1 15 к
2304040000         ББК 32.843.308
ISBN 5-07-001867-1
© Дорфман В.Ф , 1990 г

Блог В.Ф. Дорфмана:
Nanotechnology - from Nano-Dream to Nano-Realm. B.F.Dorfman 2008
http://secondbang.blogspot.com/2008/10/nanotechnology-from-nano-dream-to-nano.html