Атом очень мал, а чтобы иметь значимые количества вещества, атомов надо очень много. И укладывать их один за другим «сверху-вниз» с помощью электронного микроскопа не получится. Это будет слишком долго. Поэтому основной проблемой, главным научным вызовом является поиск способов, позволяющих двигаться «снизу-вверх», и ключи к этому — самоорганизация, самоформирование, самосборка. Иными словами, должны быть созданы такие условия (определить которые предстоит исследователям), чтобы атомы сами собирались в желаемые структуры. Теория самоорганизации или синергетика (дословно — теория совместного действия) развивается в мире более 40 лет. В этой области присуждались Нобелевские премии — в 1977 году Илье Пригожину и в 1967 году Манфреду Эйгену.
Работы по синергетике научной школы член-корреспондента РАН С.П.Курдюмова, возглавившего в свое время ИПМ, получили мировое признание.
Здесь есть и глубокие идеи, и большие научные достижения, уже воплощенные в ряде технологий.В России с 2002 года в издательстве URSS выпускается серия «Синергетика: от прошлого к будущему», в которой вышло около 40 книг на русском и испанском языках. Большой интерес вызвала книга этой серии И.П. Суздалева «Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов», автор которой принадлежит к научной школе академика Ю.Д.Третьякова.
Однако... почти все, что мы знаем о самоорганизации, относится к макро, — очень немногое к микромасштабам. Механизмы самоорганизации на наномасштабах предстоит изучать в натурных и вычислительных экспериментах, выяснять механизмы, строить теории. Это очень «неудобная» область. Это уже не обычные процессы, к которым мы привыкли в макромире, но и не объекты атомной физики, которые почти век изучает квантовая механика. Это промежуточная область (когда-то все это называли мезофизикой от «мезо» — средний), в которой многие наблюдаемые эффекты и результаты экспериментов продолжают удивлять. И очень трудно оценить время и усилия, необходимые для того, чтобы здесь возникли понимание и ясность. А ведь когда речь идет о проекте, о технологиях, то тут, как в анекдоте про аспиранта: «Думать некогда, работать надо!» Да и специалистов по синергетике как-то нанотехнологи и менеджеры этой программы покуда не беспокоят. Видимо, пока имеет место стадия «неразберихи».
Другое сомнение связано с кадрами. Я имею честь работать на кафедре прикладной математики Московского физико-технического института, базой для которой является ИПМ. Уже несколько лет на кафедре работает специализация, готовящая исследователей по «вычислительной нанофизике», которую возглавляет известный специалист в этой области Г.И. Змиевская. И это не случайно — около пяти лет в ИПМ работает общемосковский семинар «Математическое моделирование нанопроцессов и нанотехнологий» под руководством директора ИПМ член-корреспондента РАН Ю.П.Попова. Направления, которые предлагаются студентам этой специализации, впечатляют — нанооптика, магнитные наноструктуры, наноструктурирование поверхностей, плазменные источники излучения для наноэлектроники, спинтроника, супервычисления для технологического расчета наноструктур. Признаюсь, узнав о нанотехнологической инициативе России, я порадовался за своих коллег. Их дальновидность и энергия позволили учить ребят тому, что понадобиться завтра и послезавтра. Очень хотелось, чтобы эти люди проснулись знаменитыми — они придумали программы, разобрались, чему и как надо учить, осмыслили ситуацию. Но прошел месяц, за ним второй и третий. И студентов на этой специализации по-прежнему остается трое.
Да и специалистов по математическому моделированию таких процессов, надо признать, вниманием не балуют. А напрасно: расчеты, которые здесь требуются, очень близки к переднему краю вычислительной науки. И делать их могут пока немногие. Одним словом, цели пока не определены и движение к ним пока не организовано.
Можно ли двигаться без всего этого? Можно! Символом нанотехнологий является молекула фуллерена (рис.2). Она по своей геометрии представляет обычный футбольный мяч, сшитый из 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников. Это вещество было названо в честь американского архитектора и инженера Бакминстера Фуллера.