Проекты XXI века

C 7 по 11 июля в ЛТФ ОИЯИ проходила Международная конференция по теоретической физике "Дубна-Нано-2008". Конференцию открыли директор ОИЯИ академик РАН А.Н.Сисакян и председатель оргкомитета заместитель директора ЛТФ имени Н.Н.Боголюбова профессор В.А.Осипов. Программа конференции включала такие разделы, как динамика и спектроскопия атомных кластеров, углеродные системы (фуллерены, нанотрубки, графен), квантовые точки, квантовый транспорт (включая спинтронику), джозефсоновские контакты, био-наносистемы. Хотя конференция анонсировалась как теоретическая, были и доклады экспериментаторов, обсуждались возможные приложения наносистем в высоких технологиях. О ходе конференции рассказывает заместитель председателя оргкомитета В.О.Нестеренко.

- Конференция собрала более 100 экспертов по нанофизике из 16 стран (Армения, Болгария, Германия, Дания, Канада, Индия, Иран, Испания, Польша, Португалия, Россия, США, Украина, Франция, Швеция, Япония). Приехали такие известные специалисты как М.Возмедиану (Испания), П.Гавриляк (Канада), К.Кадоваки (Япония), Н.Педерсен (Дания), Э.Сюро (Франция). Следует отметить, что профессор К.Кадоваки координирует нано-исследования в Японии, а профессор Н.Педерсен - в Европе. Наиболее многочисленные делегации были из России и Японии. Радует, что среди российских участников были физики не только из ведущих центров Москвы, Подмосковья, С.-Петербурга и Новосибирска, которые традиционно представлены на крупных конференциях, но также из Нижнего Новгорода, Рязани, Тюмени и других городов. Это показывает, что российская наука, несмотря ни на что, жива и развивается. Дубненские физики представили на конференции пять устных и несколько постерных докладов. Было много докладов от "русского зарубежья" - бывших наших соотечественников, разбросанных ныне по университетам всего мира. В целом следует отметить, что "Дубна-Нано-2008" стала первой конференцией в Дубне, собравшей столь широкий и представительный состав исследователей, реально работающих с наносистемами.

Конференция еще раз продемонстрировала, что физика наносистем по праву рассматривается как одно из важнейших направлений в современной науке. Поражают разнообразие наносистем и связанных с ними явлений, открывающиеся огромные возможности как для фундаментальной науки, так и для приложений. Недаром именно наносистемы считаются сейчас одним из важнейших источников высоких технологий будущего.

Приставка "нано" сейчас у всех на слуху, и, может быть, даже режет слух слишком частым использованием. Тем не менее, следует четко осознавать, что нанофизика и нанотехнологии - это действительно прорывные направления, и те страны, которые будут этим пренебрегать, обречены на технологическое отставание. При этом речь идет не просто о любых объектах порядка нанометра, а о принципиально новых наносистемах и процессах, которые научились получать за последние годы. Это атомные кластеры, квантовые точки, гетероструктуры, углеродные системы (фуллерены, нанотрубки, графен), джозефсоновские контакты, комплексы для биомедицинских исследований, квантовый транспорт во всех его проявлениях (включая спин-тронику), атомные конденсаты, плазмоника и многое другое. Именно новые наносистемы с их необычными свойствами открывают возможности для высоких технологий.

Эти технологии обширны. Они включают создание новых материалов, обработку сверхтвердых поверхностей, катализ, солнечные батареи. Фактически вся будущая микроэлектроника ориентируется на наносистемы, например, на принципиально новые решения, предлагаемые спинтроникой и электроникой на графене. Это касается компьютеров, систем памяти и многого другого.

Нанотехнологии уже вокруг нас, хотя мы часто об этом и не подозреваем. Например, в большинстве современных компьютеров уже используется для считывания и записи информации эффект гигантского магнитного сопротивления в гетероструктурах со слоями порядка нанометра (одно из наиболее ярких приложений спинтроники). Тот же эффект - в АВS сенсорах тормозных систем в современных автомобилях, а также для создания систем памяти и производства дисплеев с высоким разрешением. Космическая отрасль, оборонка, самолетостроение, судостроение, производство автомобилей невозможны без современных композитных материалов, где опять же начинают активно использоваться наносистемы. При производстве современного спортинвентаря все более широко применяются углеродные нанотрубки. Они же могут использоваться при производстве детонаторов, бронежилетов, щеток для электромоторов, конденсаторов повышенной ёмкости, солнечных батарей, дисплеев, сверхпрочных нитей и т.д. А в медицине активно развивается новое направление по диагностике и лечению рака (фототермолиз) с помощью золотых нанокластеров. Все перечислить невозможно, но уже из вышесказанного видно, насколько широка сфера применения новых технологий.

Для полноценной реализации этих технологий надо знать и уметь рассчитывать характеристики наносистем. И здесь уже слово за фундаментальной наукой. Более того, наносистемы чрезвычайно интересны и для фундаментальной науки как таковой. Например, из-за структурных особенностей графена электроны в нем являются безмассовыми (уникальный пример безмассового фермиона) и обладают резко повышенной мобильностью. Отсюда вытекает интереснейшая физика: от новых режимов квантового транспорта до проверки теории относительности. Далее - атомные кластеры. Эти небольшие наносистемы могут быть как в твердом, так и в жидком состоянии. Тем самым они представляют собой уникальный объект для развития термодинамики малых систем и соответствующих фазовых переходов. Квантовые точки - это уникальный полигон для изучения квантового транспорта. На графене и квантовых точках получены новые варианты квантового эффекта Холла. А эффект Джозефсона для сверхпроводников получил второе рождение в гетероструктурах.

Профессор В.А.Осипов и профессор К.Кадоваки
Почти все эти аспекты, фундаментальные и прикладные, были затронуты на конференции. Профессор К.Кадоваки (Япония) прочитал прекрасный доклад о терагерцевом излучении для джозефсоновских контактов в кристаллах и кристаллитах. Это недавно обнаруженное излучение сейчас широко обсуждается научным сообществом, в частности, в связи с многообещающими практическими приложениями. На конференции проявлениям эффекта Джозефсона в наноструктурах было уделено очень большое внимание: 16 докладов на 4 сессиях. Это неудивительно, так как данный эффект, первоначально открытый для сверхпроводников, нашел в последнее время многочисленные проявления в самых разных наноструктурах и даже в конденсатах разреженных газов в ловушках. Данной тематике был, в частности, посвящен доклад Н.Педерсена (Дания).

Широко были представлены на конференции углеродные системы. В частности, можно отметить доклады М.Возмедиану (Испания) и Ю.Е.Лозовика (Троицк), где обсуждались структура и коллективные свойства графена, а также доклады А.Елецкого (Москва) и А.Чаплика (Новосибирск) по нанотрубкам и общим проблемам описания фуллеренов.

В докладах по атомным кластерам - Б. фон Иссендорфф (Германия) и Э.Сюро (Франция) - основное внимание уделялось различным аспектам динамики этих частиц в связи с новыми экспериментами по угловым распределениям электронов фотоэмиссии. Также рассматривалось возможное использование золотых нанокластеров для фототермолиза раковых заболеваний - Е.А.Красавин, Дубна.

Много докладов было посвящено квантовому транспорту и системам, где этот транспорт реализуется. Здесь следует отметить обзорные лекции П.Гавриляка (Канада) по квантовым точкам и Я.Фабиана (Германия) по спинтронике. Большой интерес вызвали доклады Б.Николича (США) по спиновому эффекту Холла и Т.Контоса (Франция) по спинтронике нанотрубок. Эти доклады продемонстрировали огромные возможности наносистем для микроэлектроники будущего. В то же время обращает на себя внимание ряд серьезных нерешенных проблем. Например, ряд предложений может быть реализован только при достаточно низких температурах, в то время как широкое применение на практике предполагает комнатную температуру.

Профессор М.Возмедиану
На конференции были также рассмотрены возможности приложения теоретических методов нанофизики для описания мезо-биокомплексов (А.В.Соловьев, С.-Петербург). На заключительном заседании М.Возмедиану, Э.Сюро, Я.Фабиан и А.В.Соловьев подвели итоги и очертили перспективы развития физики наносистем и приложений.

Э. Сюро (Тулуза, Франция): Я занимаюсь исследованием атомных кластеров - наносистем, идеально подходящих для изучения перехода от малых систем (несколько атомов) к большим (миллионы и более атомов). Сотрудничаю в этой области с В.О.Нестеренко. Конференция была очень интересной. Хотя я и не специалист по реализации теории в практических приложениях, с удовольствием слушал доклады не только по фундаментальным вопросам, но и по прикладным разработкам. Если вы меня спросите, что важнее и какой вариант является для научного центра оптимальным - фундаментальные исследования или их приложения, то, по моему, должен быть разумный баланс, определяемый конкретными условиями. Здесь нет универсального рецепта. Конференция была организована очень хорошо, думаю, все уезжают с прекрасными впечатлениями.

М. Возмедиану (Мадрид, Испания): Работаю в области нанотехнологий с углеродными системами, в частности, с графеном. В России - впервые. Мне все понравилось: и Дубна, и природа вокруг, и конференция, на которой я с большим интересом прослушала доклады по проводимости графена и квантовым точкам. Было много замечательного неформального общения. На мой взгляд, конференция прекрасно организована.

Профессора П.Гавриляк и Е.Ядржевски
П. Гавриляк (Оттава, Канада): Хочу отметить актуальность тематики конференции, ее своевременность. Было очень много интересных презентаций, что подтверждает - это направление науки сейчас бурно развивается. Особенность докладов и дискуссий, мне кажется, в том, что теоретики активно обсуждают приложения теории. Этосвязано с тем, что большинство из них сегодня работают с прицелом не только на эксперимент, но и на технологии. Представлены доклады очень высокого уровня. Меня особенно заинтересовали доклады о квантовых точках и их потенциальном применении в наноэлектронике. Конференция организована очень хорошо, было время для культурной программы, что тоже важно - неформальное общение способствует и укреплению контактов и установлению новых.

Н.Ф. Педерсен (Копенгаген, Дания): Меня интересуют проблемы сверхпроводимости. Научные интересы пересекаются с тем, что говорилось на конференции. Понравился доклад профессора К. Кадоваки "Терагерцевое излучение для внутреннего эффекта Джозефсона". Вообще, впечатлений много. Мы не можем утверждать, что все, что здесь обсуждалось, пригодится в будущем для технологий, но очень многое произрастает именно из таких контактов и дискуссий - в этом я убежден. Впечатление об организации конференции - самое хорошее.

Ю.Е. Лозовик (Троицк, Москва): Я в последнее время участвовал в нескольких конференциях, и могу сказать - эта организована блестяще. Очень хорошо продуман состав участников, выстроены доклады и т.д. Организаторы прекрасно поработали и собрали в Дубне очень представительное научное собрание, на которое приехали ученые, работающие в разных инновационных областях науки. Получился такой мостик между фундаментальной и прикладной наукой. Почему важна такая конференция?

В заключение отметим, что, помимо научных докладов, важны и неформальные, знакомство со страной пребывания. В этом плане конференция также удалась. Культурная программа включала прогулку на катере по Волге, экскурсии в Троице-Сергиеву Лавру и Москву. Банкет спонтанно вылился в самодеятельный интернациональный концерт, где особенно отличились певцы из Ирана, Польши и Японии.

Конференция спонсировалась РФФИ, а также грантами Гейзенберг - Ландау (Германия - ОИЯИ) и Боголюбов - Инфельд (Польша -ОИЯИ). Хорошо поработал оргкомитет во главе с В.А.Осиповым (председатель), В.О.Нестеренко и Ю.М.Шукриновым (заместители). Неоценима помощь Т.С.Донсковой (секретарь), О.Г.Исаевой (член оргкомитета) и Г.Г.Сандуковской. Следующую конференцию "Дубна-Нано" решено провести через два года.

Надежда КАВАЛЕРОВА