№ 17/17

«Нано…»

Главным научным прорывом 2001 года, по мнению редакции журнала «Сайенс», стала … наноэлектроника! (Барабанный гром, бурные аплодисменты, на поле научных чудес выносят первый приз.)

Объясним, «как это носят».

Слово «нано» мы уже произносили не раз. В чисто числовом смысле оно означает одну миллиардную долю — в нашем случае метра, в смысле физическом — любые элементы, механизмы или устройства наноразмера. (Напомним для наглядности, что размер атомов или простейших молекул — порядка 0,1 нанометра). Впервые о проникновении в наномир заговорил великий американский физик Фейнман. Это было десятилетия назад, и Фейнман тогда, в сущности, поставил перед коллегами то, что казалось фантастической по дерзости задачей. Нашлись, однако, энтузиасты, которые приняли вызов и переняли эстафету (одним из них был американец Дрекслер).

Долгое время такой прорыв казался делом очень далекого будущего, но потом последовали сразу два открытия, резко приблизившие его. Одним из них было открытие сложно организованных чисто углеродных молекул — сначала уже упоминавшихся выше сферических «баккиболлз» (о них речь пойдет дальше), а затем крохотных трубчатовидных образований, получивших название «нанотрубок». Вторым было создание так называемого атомного микроскопа, который не столько «видит», сколько «осязает», зато способен осязать даже отдельные атомы! Его тончайшее острие скользит по поверхности вещества и вычерчивает кривую непрерывно меняющихся расстояний до этой поверхности; понятно, что над каждым атомом оно чертит «горбик», а между отдельными атомами — «впадину».

Оказалось, что игла этого микроскопа способна не только осязать атомы, но и перемещать их по поверхности, и таким вот образом ученые фирмы IBM в свое время сдвинули пару десятков атомов с их места, чтобы создать первую в мире «атомную надпись» (разумеется, «IBM»).

К тому времени уже стало известно, что нанотрубки обладают замечательными электрическими свойствами: в зависимости от того, располагаются в них атомы углерода спирально или кольцами, они ведут себя в отношении тока как проводники или полупроводники. Возникла надежда, что, манипулируя такими трубками с помощью атомного микроскопа, удастся «собрать» наноэлектрические схемы, вроде тех, о которых пророчески говорил Фейнман и твердил Дрекслер. Однако путь к этому оказался труден, и первый прорыв был сделан только в минувшем году.

Но почему «главный»? Дело в том, что дальнейший рост быстродействия и мощности компьютеров требует непрерывного увеличения плотности рабочих элементов — диодов, транзисторов, выключателей и т.д. — на единицу площади электронных схем. Сегодня эта плотность составляет 40 миллионов элементов на участке размером в почтовую марку. Наименьшие элементы на такой схеме имеют размеры порядка 130 нанометров. Каждый следующий шаг в уменьшении этих размеров дается с огромным трудом. Теперь напомним снова, что размеры атомов и молекул — в тысячу раз меньше. Вот почему энтузиасты нанотехники утверждают, что будущее компьютеров (а с ними — и всей человеческой цивилизации) — в переходе на наноэлектронику. И вот почему создание первых наноэлектронных схем названо главным научным прорывом минувшего года.

Этот успех был достигнут в несколько этапов. В 1997 году Метцеру и Чонг-Ву Чжо (США) удалось разработать молекулы, имевшие свойства диодов, то есть односторонне проводящих устройств, этих важнейших элементов всякой простейшей электронной схемы. В 1999 году Хит и Стоддард создали молекулу, которая не только проводила ток, но при подаче на нее определенного вольтажа этот ток прерывала, то есть работала как простейший выключатель. Еще через несколько месяцев Рид и Тур сообщили о создании молекулярных транзисторов, то есть устройств, способных управлять величиной проходящего тока. К концу 2000 года было накоплено множество электронных устройств молекулярного размера, но никому еще не удалось соединить их в работающую схему, даже самую простейшую.

И вот в 2001 году это удалось сразу пяти исследовательским группам. Группа Либера в Гарварде сумела соединить несколько нанопроволочек и присоединить к их концам крошечные электродики, показав в итоге, что различные элементы этой схемы способны «общаться» друг с другом, как в «настоящей» электронной схеме. Затем группа Хита ухитрилась сделать своего рода «каркас» из полупроводящих молекул, который работал как «чип» с памятью в 16 битов. После этого наступила очередь углеродных нанотрубок. В августе группа Авуриса из IBM показала, что одна такая трубка, намотанная на два электрода, способна работать как «инвертор» — устройство, преобразующее сигнал низкого уровня на входе в сигнал высокого уровня на выходе и наоборот. Этот успех был развит голландской группой под руководством Деккера. Ей удалось создать логические схемы на основе транзисторов из нанотрубок.

Ал Бухбиндер

Глубины познания

  • Краеугольные камни преткновения
    Эйнштейн не во всем был прав, но вполне правдоподобно звучит его предупреждение: «Над тем, кто в стране искателей истины попытается изображать начальство, посмеются боги». Так что не стоит приказывать природе, каким понятиям и законам ей следует подчиняться.
  • Священная книга археологов — Библия
    Вот уже полтора столетия историки и лингвисты собирают отдельные факты, из которых складывается мозаика подлинных событий, скрытых за пышной декорацией библейских мистерий и мираклей.
  • Новые горизонты или ошибка Эйнштейна?
    Как шутят физики, в любой проблеме есть три стадии понимания: сначала все непонятно, на следующей стадии все кажется кристально ясным, а затем снова возникают вопросы и проблема выглядит даже более темной и загадочной, чем вначале.
  • Чернить теорию относительности вновь стало модно
    Не понимая теории относительности, ее критики улавливают лишь одно: что она резко противоречит их житейскому опыту, их здравому смыслу
  • Мне поклонился цветок
    Кто сказал, что растения молчат, как камни? Что им неведомы чувства и равнодушна жизнь? Беззвучная тишина, наполняющая поле или сад, разрывается от неслышной нам болтовни. Нити бесед, что ведутся под тенистыми кронами или на зеленом ковре, нам еще предстоит распутать, привлекая самые современные приборы.
  • Рука подвела…
    Порой сдается, что очарование неразгаданных тайн истории связано еще с тем, что они не поддаются окончательной разгадке.
  • Встреча с Протеем
    Читателю начинает надоедать эта «живопись словом»; он спрашивает себя: «Так где же прячутся эти таинственные протеи? Что за элементы внутри меня могут принимать то одно обличье, то другое?
  • Протеомика. Лидер науки XXI века
    Наконец-то удалось составить точную карту генома человека — получить бесконечный ряд «букв», в котором среди биологического мусора затеряны отдельные «слова», то бишь гены. Теперь многие специалисты заняты «биогерменевтикой» — они истолковывают добытую запись, отыскивая среди непонятицы знаков все новые гены.
  • Стволовые клетки — путь к вечной молодости?
    Стволовые клетки сегодня находятся в центре внимания медицины. Они способны делиться и превращаться в нейрон, клетку крови, сердца, печени, любого другого органа. Стоит научиться ими управлять — и откроются перспективы лечения многих тяжелых заболеваний.
  • Белые братья черных курильщиков
    Белых пятен на Земле почти не осталось. Едва ли не последнее крупное открытие географы совершили около четверти века назад на дне Океана, когда посреди подводных хребтов обнаружили особые гидротермальные источники — черные курильщики.
  • А теперь —о «баккиболлзах»
    Большое волнение физиков вызвало сообщение об открытии сверхпроводимости у весьма простого химического соединения — диборида магния.
  • E.coli + хомячок = ?
    Забавное сообщение сделали ученые Калифорнийского университета о том, что им удалось поймать бактерию Е.coli «ин флагранти», или, как говорилось в старину, «на горячем» — когда она совокуплялась с клеткой млекопитающего
  • «Роковые яйца» в широкой продаже
    Очевидно, что уже несколько десятилетий две важнейшие потребности человека — пища и здоровье — удовлетворяются с применением высоких технологий.
  • Паутина из молока
    По мнению канадских ученых из биотехнологической фирмы «Нексия», в скором будущем из молока можно будет получать… искусственную паутину.
  • Жажда цельности
    У мировосприятия всегда, даже в сугубо, казалось бы, рационалистическом его варианте и в сугубо «рационалистические» эпохи, были отчетливые подтексты не только этические, но и эстетические — собственно, эти последние даже первичнее.
  • Сила полной Луны
    В силу полной луны многие люди верят поныне. То и дело мы слышим рассказы о том, как, повинуясь зловещим ночным лучам, со своих постелей поднимаются шеренги лунатиков, неверными шагами взбираются на чердаки, встают на подоконники, вскарабкиваются на крыши.
  • Коварное слово «Я»
    Творчество поэтов-самоубийц отличается частотой употребления личного местоимения первого лица и другими лингвистическими особенностями — таковы выводы американских психологов. Они основаны на результатах компьютерного анализа нескольких сотен текстов.
  • Ждать у моря погоды
    Так повелось считать, что Океан — это нечто неизменное, неторопливое, сонное. Мерно катятся волны, изредка вспыливая штормом. Одна и та же картина повторяется изо дня в день. Что изменится за какой-то десяток лет? Океан «тяжел на подъем».
  • Парад гипотез
    Французский физик Жан Шарон полагает, что за «черными дырами», этими безднами, разверстыми в пространстве, открывается иной мир, зеркально симметричный нашему. Элементарные частицы, населяющие этот мир, свободно движутся вверх и вниз по течению времени, а вот в пространстве они неподвижны.
  • Управление поведением и сознанием человека
    Трудно и долго движемся мы к познанию того, что всегда рядом. И тем сильнее притягивает к себе предмет. Очень точно и ярко высказался по этому поводу русский физиолог Иван Павлов: «В сущности, интересует нас только одно — наше психическое содержание».
  • Тайны нашего сознания
    Мы знаем, что в традиционном обществе, у славян, в частности, существовали знахари и колдуны — они действительно были почти в каждой деревне. Если говорить о народах Сибири, то там их место занимали шаманы.
  • Человек-волк
    Тайный союз индивидуализма не приемлет. Здесь требуется полное подчинение, слияние с коллективом. Для того и надеваются маски, капюшоны, доспехи ниндзя, колпаки ку-клукс-клана — чтобы добиться не столько невидимости и метаморфоза, сколько обезличивания.
  • Почему люди верят в Бога?
    Вопрос этот может показаться равно наивным, бессмысленным и безответным. Действительно, до недавнего времени большинство ученых, занимающихся социальными науками и изучением процессов познания, его игнорировали.
  • От умножителей атомов до медицинских нанороботов
    В недавнем эксперименте группы американских ученых число атомов в пучке, проходящем через установку, было увеличено примерно в тридцать раз. Нарушение закона сохранения вещества? Ни в коем случае. Все по закону. Вспомним, что поток света тоже можно «умножать», — именно это делается в лазере. А как работает «умножитель атомов»?
  • Теплый трон Будды
    Легенда гласит, что юный царевич Гаутама Шакьямуни — его мы чтим теперь под именем Будды (от санскритского корня «будх» — будить, пробуждаться) — уже в детстве был отмечен благодатью. Там, где он ступал, вырастал цветок лотоса. Поэтому любой буддийский храм украшен этими цветами и их резными изображениями.
  • Медвежий угол Европы
    В этнографии принято игнорировать расовые признаки народа. Важны самоназвание, язык, вышивка, но не лицо. Расовые признаки, мол, перемешиваются как угодно, а культура остается. Но бывает и наоборот: цивилизация стирает культурное своеобразие местного населения, а особенности внешности сохраняются.
  • Вернер Гейзенберг и атомная бомба: новые споры
    Материалы, недавно опубликованные фондом Нильса Бора, снова всколыхнули общественность: они в очередной раз возвращают к спору о том, каково было истинное участие Вернера Гейзенберга в попытке создания «нацистской атомной бомбы» во время Второй мировой войны.
  • Может быть, Атлантида — это Европа?
    Подумать только, более десяти тысяч книг повествуют об Атлантиде, острове, который впервые описал греческий философ Платон в своих диалогах «Критий» и «Тимей».
  • Как птицы научились летать
    Американский эколог Джеймс Кэри из Калифорнийского университета выступил с утверждением, что ранними предшественниками птиц были рептилии, которые создавали и охраняли свои гнезда на земле, как нынешние крокодилы.
  • Новый взгляд на известный сюжет.
    Атомное ядро, как мы теперь знаем, тоже имеет внутреннюю структуру, ибо состоит из частиц, именуемых протонами и нейтронами, эти частицы в свою очередь состоят из кварков и т.д.
  • Что бы это значило?
    Обнаружено весьма любопытное и пока еще непонятное по значению явление: некоторые бактерии способны производить такие же белковые волокна, как те, которые у людей вызывают болезнь Альцхаймера.
  • Темная сторона Вселенной
    За последние годы мы свыклись с мыслью о том, что видимая материя составляет меньшую часть Вселенной. Какими бы громадными ни казались нам звезды и галактики, они — песчинки, брошенные в океан тьмы. И облик этого океана стал проясняться только теперь.
  • Слепой Гомер? Откуда вы это взяли?
    Могут ли слепцы создавать великие литературные произведения, поражающие читателя особо зоркой наблюдательностью и изощренной многоцветностью художественной палитры?
  • Азия — родина зверей?
    Кайнозой стал эпохой млекопитающих. После вымирания крупных рептилий, случившегося 67 миллионов лет назад, ничто не мешало млекопитающим расселяться повсюду. К концу палеоцена этот класс животных был представлен во всем разнообразии.
  • И снова: о наследовании приобретенных признаков
    «История биологии не знает более выразительного примера многовекового обсуждения проблемы, чем дискуссия о наследовании или о ненаследовании приобретенных признаков»
  • Земля стала Луной!
    Четыре миллиарда лет назад Земля еще формировалась. Минуло всего 600 миллионов лет с тех пор, как она возникла из протопланетного облака. Уже образовались массивное ядро из железа и никеля, легкая оболочка из силикатов…
  • Наше место– Местный Пузырь
    Где-то там, в глубинах космоса, происходит множество событий, но эти новости из глубинки, увы, приходят к нам с опозданием. И то сказать — где мы выбрали жить?! Чуть не на самой периферии своей галактики (Млечный Путь), в одном из ее спиральных рукавов и на расстоянии 25 тысяч световых лет от центра нашей галактики.
  • Архитектура жизни, или Структура нас
    Тенсегрити — многокомпонентные системы — механически устойчивы не потому, что каждый из компонентов прочен, а потому, что все они в совокупности, в системе находятся в состоянии устойчивого равновесия, что дает большую устойчивость к стрессу извне.
  • Увидеть новую реальность?!
    Ряд Фибоначчи - назван так по имени итальянского математика Леонардо из Пизы, более известного как Фибоначчи (сын Боначчо). Его ряд — это дискретный числовой шлейф «Sectio Aurea» («золотого сечения» — в наименовании Леонардо да Винчи).
  • Вначале было … пальцеслово
    Каким был предок языка, «великого и могучего», мы не знаем. Но воссоздать его облик можно попробовать — если применить к человеку принципы этологии, науки об эволюции и экологическом значении поведения.
  • Код жизни, глава третья
    Эта история началась с сообщения о полной расшифровке последовательности ДНК на 22-й хромосоме человека, продолжилась сообщением о расшифровке 21-й хромосомы. Недавно вслед за 22-й и 21-й полностью расшифрована еще одна, 20-я хромосома человека.
  • Потрясающе!
    Эта работа потрясает воображение своей филигранностью, но не меньше она потрясает и тем, какие тончайшие секреты матушки-природы вскрыли ученые. Речь идет о механизме, с помощью которого вирус проникает в поражаемую им клетку.
  • Путеводитель по времени: знакомство
    Теперь мы можем задуматься над еще более интересной загадкой: а как воспринимают время не разные участки, а разные мозги? Одинаково или по-разному? От чего это зависит?
  • «Россия — родина слонов»? Нет — мамонтов
    На самом деле, есть России, чем гордиться, — мамонтами. Недаром издавна бивни подземных чудовищ так ценились во многих странах, а западные научные общества тратят колоссальные средства на то, чтобы вывезти в неразмороженном виде туши найденных в Сибири гигантов в свои лаборатории.
  • Может быть, это карта?
    «Фирменным знаком» крито-микенской цивилизации был лабиринт. И частенько он принимал формы спирали. Но почему?
  • Время мегамира
    Да, по сегодняшним представлениям у времени есть начало. Это начало — Биг Бэнг, то гигантское событие, с которого началась история нашей Вселенной, тот момент, когда она «родилась».
  • Время черных дыр
    Всякая достаточно тяжелая звезда, израсходовав все запасы внутреннего термоядерного топлива, обязательно рухнет («коллапсирует») внутрь самой себя, сбросив часть своего вещества в космос и собрав всю оставшуюся массу в очень небольшом объеме.
  • Время микромира
    Физики не зря не любят бесконечностей. Везде, где появляются бесконечности, появляются трудности: формулы теряют смысл, законы неприменимы, пространственно-временные описания невозможны.
  • Стрела времени
    Известный физик Илья Пригожин утверждает, что все развитие Вселенной, от Биг Бэнга и далее, как раз и есть не что иное, как процесс эволюционного усложнения, поскольку «первичный атом», то есть прошлое Вселенной, был ее самым простым, хаотически однородным состоянием.
  • Мир без времени
    Мы рождаемся с ощущением времени, хотя в отличие от света, звука, запаха и так далее до сих пор не знаем, существуют ли у нас какие-то особые «органы восприятия времени» и какие именно нейронные сети в нашем мозгу заведуют этим восприятием, а может, и создают само это ощущение.
  • Зарождение жизни на фоне космической бомбежки
    Жутковатую, но захватывающую картину развернули перед нами недавно два американских исследователя, Дэйвид Кринг из Аризонского университета и Барбара Коэн из Гавайского, в статье, опубликованной в «Журнале геофизических исследований. — Планеты».
  • Тайная власть лазера
    В наши дни лазер может читать, писать, резать, лечить, измерять. Он сваривает кровеносные капилляры, которые не разглядит ваш глаз, так же элегантно, как толстые металлические панели. Угнездившись в DVD-плейере, он показывает кино, а скользнув по компьютерному диску, считывает целые библиотеки файлов.
  • Прямая речь о неведомом, несказанном…
    Так неужели то, что было темой фантазий и мифов, — ясновидение, вещие сны, вечная повторяемость событий, Творец, застывший по ту сторону мира, где все разыгрывается по придуманным им законам, — может стать объектом научного познания?
  • Верен ли закон Ньютона?
    Этот закон и легенду о том, как упавшее с дерева яблоко подсказало его Ньютону, мы знаем со школьной скамьи. Но вот, как это ни удивительно, оказывается, что точно проверен этот закон лишь для больших расстояний, а как ведет себя всемирное тяготение в областях меньше миллиметра сегодня не знает никто.