Наука не знает границ

Если попытаться сформулировать кратко, то «нанотехнологии – это все, что касается изготовления и манипулирования объектами с размерами меньше одного микрона».

Читать статью

«Нанотехнология» – это слово часто возникает в cвязи с инновациями технологий. Но что такое нанотехнологии? Кандитат технических наук и нанотехнолог Виктор Овчинников, работающий в университете Аалто, попытается ответить на наши вопросы.

Ветер социальных перемен разбросал множество наших соотечесвенников по разным странам мира. Это коснулось людей занятых в различных областях хозяйства, науки и культуры и привело к необходимости продолжать любимую работу в новых географических и социальных условиях. Сегодня мы поговорим с кандитатом технических наук Виктором Овчинниковым, работающим в университете Аалто, Эспоо.

Университет Аалто (бывший Хельсинкский технологический университет) расположен в Отаниеми, Эспоо. Сердцевина этого учебного, научного и исследовательского центра – полукруглое здание Аудиториум, спроектированное знаменитым финским архитектором Алваром Аалто. Его именем и называется созданный в 2010 году университет, объединивший три высших школы столичного региона – техническую, экономическую и художественную.

Неподалёку от Аудиториума, в корпусе MICRONOVA, который расположился на улице Тиетотие («Дорога Знаний») занимаются исследованиями в области микро – и нанотехнологий. Это современное здание было построено в 2002 году и используется совместно университетом Аалто и государственным исследовательским центром (VTT). В этой «Силиконовой Долине Финляндии» меня гостеприимно принял, провел увлекательную экскурсию и угостил чаем нанотехнолог Виктор Овчинников.

Что такое нанотехнологии?

Для начала, я решила выяснить: что же такое нанотехнологии. И получила удивительный ответ – оказывается «это очень сложный вопрос». Если попытаться сформулировать кратко, то «нанотехнологии – это все, что касается изготовления и манипулирования объектами с размерами меньше одного микрона». Один микрон равен 1000 нанометров и уже полмикрона (500 нм) попадает в нанометровый диапазон.

Виктор объясняет сложность определения тем, что понятием «нанотехнологии» обозначаются как самоорганизующиеся, так и управляемые нанотехнологии, которые, по своей сути, кардинально отличаются друг от друга. В самоорганизующихся, слабоуправляемых наносистемах, на самом деле используются традиционные макротехнологии: измельчение и перемешивание, нагревание, растворение в разные комбинациях. В результате получаются нанообъекты со случайным распределением размеров, встроенные в основую матрицу случайным образом. То есть материалы сами формируют наноструктуры при определенных условиях.

Управляемые нанотехнологии характеризуются тем, что параметры создаваемые наноструктур можно осознанно контролировать, а сами структуры располагать в желаемом месте. Для этого используются специальные машины: степперы, тиражирующие изображение фотомаски с нанообъектами или лучевые установки, формирующие наноструктуры по заданной программе с помощью электонного или ионного пучка. Таким образом, нанотехнологами себя считают не только творцы современных технологий, но и традиционные материаловеды, получившие возможность наблюдать нанообласти в традиционных материалах при помощи электронного микроскопа.

При этом, уточняет Виктор, нанообъекты номинально находятся повсюду, например, в любом металле, так как он состоит из множества кристаллов размером от единиц до сотен нанометров. Так что можно смело сказать, что природа – главный творец нанотехнологий.

Карьера нанотехнолога в Финляндии

Виктор рассказал, что до переезда в Финляндию занимался исследованиями в этой же области в Московском авиационном институте. Там защитил кандидатскую диссертацию, преподавал. Но в постперестроечное время в России исследования не финансировались и приходилось заниматься далекими от науки вещами.

Виктор переехал в Финляндию 13 лет назад, по рекомендации друга, когда в местном университете требовался специалист его профиля. Сначала поехал на год и оставаться не планировал.

Сейчас Виктор Овчинников занимает должность старшего научного сотрудника центра MICRONOVA и помимо собственных исследований, консультаций и преподавания, отвечает также за выбор нового оборудования для «чистых помещений». «Чистые помещения» – это технологические площади с минимальным количеством частиц в воздухе и контролируемыми температурой, влажностью и газовой средой. Все используемые химикалии, в том числе и вода, также являются суперчистыми.

Занятие научными исследованиями в области нанотехнологий предполагает создание новых технологических процессов, объединяющих в единое целое оборудование и возможности «чистых помещений». Вот этим и руководит Виктор.

Каждая машина в «чистых помещениях» стоит от ста тысяч до нескольких миллионов евро, поэтому приобретение нового оборудования – многомесячный процесс, включающий дискуссии, совещания и переписку с производителями. Когда новую технику привозят в центр, её нужно установить, протестировать, иногда модифицировать и, в конце концов, показать на что она способна. В общем, как говорит Виктор, – это многопрофильная работа.

Нанотехнологии в Финляндии

А на каком уровне находится развитие нанотехнологий в Финляндии по сравнению с другими странами? «На хорошем уровне, в том числе благодаря и нашим соотечественникам», – отвечает Виктор. «Финляндия является прекрасным примером того, как грамотно финансировать науку, в том числе как вкладывать средства в изучение и развитие технологий». В последние десятилетия наука становится всё более материалоёмким процессом и нанотехнологии не исключение.

Уже давно прослеживается тенденция – чем меньший объект нужно сделать, тем дороже оборудование для его производства. И если в эру микротехнологий мы говорили о сотнях тысяч евро за машину, то во времена нанотехнологий нам нужны уже миллионы евро. Все это приводит к интернационализации науки, как средства создания новых технологий.

«Крем для обуви с наночастицами»

Готовясь к этому интервью, я стала замечать в рекламе различных товаров частицу «нано». Неужели нанотехнологии уже так широко используются в промышленности?

«Часто это просто спекуляции, используемые для привлечения денег – несмотря на слово «нанотехнологии» товары производятся по классическим технологиям». Например, при помощи традиционной механической обработки можно измельчить обычный песок до крупинок диаметром в сотни нанометров – получим «нанокварц». Формально, это можно будет назвать «использованием нанотехнологий», хотя применение ионных лучей для создания наноструктур в специальных лабораториях – это, конечно, совсем другой уровень.

«Чистые помещения» университета Аалто

В «чистых помещениях» MICRONOVA преимущественно работают с кремниевыми пластинами, которые служат основой для цифровых и аналоговых микросхем – в том числе и для наших компьютеров. Познакомившись с оборудованием лаборатории, я поняла, что у исследователей богатая фантазия, когда дело касается того, что делать с этими пластинами: их охлаждают и нагревают до невероятных температур, покрывают различными плёнками, крутят в центрифугах, промывают в кислотах и облучают ультрафиолетом. А ведь в результате такой работы каждые несколько лет производители начинают выпуск компьютеров с процессорами нового поколения.

Тридцать лет назад наименьший элемент микросхемы был размером 1 микрон, сейчас выпускают компьютерные чипы с минимальными элементами в 65 нанометров. В лабораториях удается создать элементы размером в 45 нанометров. Насколько ещё можно будет в будущем уменьшить размер этих элементов?

Закон Мура

Виктор рассказывает о так называемом «законе Мура», который ещё в 60-ых годах вывел Гордон Мур – ученый из Силиконовой долины, один из основателей компании Intel. Он заметил тенденцию: каждые полтора года ученым удается разработать микросхему, которая, имея те же свойства, что и предшествующая, занимает в 2 раза меньшую площадь.

Начиная с 80-ых годов, предрекают, что этот закон скоро перестанет действовать, так как, кажется, что уже невозможно создавать меньшие по размерам элементы, однако технология развивается с такой скоростью, что несколько лет ученым снова удается создать новое поколение микросхем. Теперь уже и сам его создатель предрекает «закону Мура» скорый конец. Однако, прошло уже 50 лет, а он всё ещё действует.

Нано-ваза Аалто

Экскурсия по зданию продолжается, и мы встречаем ещё одного из русскоязычных исследователей центра – Николая Чекурова. Два года назад в «чистых помещениях» университета Аалто Николай создал самую маленькую в мире копию самого популярного произведения того самого Алвара Аалто – вазы «аалто». Микроскопическая копия была выполнена из кремния и имела объем 0,000 000 000 000 000 1 литра. Для наглядности, чтобы разместить 1литр воды, таких ваз понадобилось бы 10 миллионов миллиардов штук.

Текст: Екатерина Нилова