|
|
Субботний блик науки № 105
Материальные достижения
Да, ситуация сложилась такая, что ждать фундаментальных научных достижений приходится только из микромасштабов. Надежды на прорывы всё крепче привязаны к удивительно малым объёмам пространства, где физики концентрируют удивительно огромную энергию. Это происходит, или будет происходить, в ускорителях элементарных частиц. Ускорители обещают извлечь из «микроструктур» экспериментальные пояснения по устройству Мира и Пространства, в больших масштабах.
Впрочем, что там ускорители. Теперь и пограничные с инженерией области прикладной науки всё чаще черпают нетипичные достижения из микроскопических структур. Из наномасштабов. Миниатюризацией сперва очень интересовались технологи от микроэлектроники. С тех пор, как электроника появилась, её всё ужимают и ужимают, стремясь втиснуть «схему» во всё более мелкий объём. Сперва были большие лампы, потом транзисторы — поменьше размером. Дальше — меньше, действительно в микромасштаб: множество транзисторов «на миллиметр». Теперь же микроэлектроника прибыла в область «наноразмеров», и вот уже вполне серийные производители анонсируют технологии «атомного» уровня.
И всякий раз, чем в меньшем масштабе проводились «электронные работы», тем в большем объёме отражались результаты. Чуть ужали первые компьютеры, заставили мало-мальски мощную машину влезать в одно типично архитектурное помещение среднего размера — и тут же появились средства по запуску спутников в космическое пространство и по слежению за этими спутниками. Ужали транзисторы до микрометров — по большей части Земли, в макромасштабах, покатилась волна персональных компьютеров, перевернувшая жизненный уклад и создавшая новое пространство — Интернет. Интересно, что ожидать от «атомных» масштабов?
Однако, хоть микроэлектроника и двигала технологии вниз по масштабной шкале, результаты перехода к нанотехнологиям всё больше ощущаются в других, не совсем микроэлектронных областях. Наиболее фактурный пример — метаматериалы, порождение переднего края современной прикладной физики.
Метаматериалами называют искусственно созданные материалы, имеющие спроектированные свойства. Причём свойства эти ни в каких природных материалах не встречаются. Даже и не просто не встречаются, а кажутся немыслимыми. Например, среды с отрицательным коэффициентом преломления электромагнитного излучения — это достижение из области метаматериалов. Необычные свойства определяются особой внутренней структурой метаматериала: взаимодействуя с ней, электромагнитное поле и демонстрирует много неожиданного. Структуру метаматериала специально конструируют, предварительно рассчитав и смоделировав при помощи компьютера.
Правда, первые «метаматериальные среды» вовсе не принадлежали к микроскопическим масштабам: опыты, например, ставились с микроволновым излучением, а размеры элементов исследуемой «метаматериальной» конструкции измерялись миллиметрами. И это было не слишком интересно, хотя и практически важно. Но стоило уменьшить занимаемое пространство, успешно сжать структуру до наномасштаба, как на горизонте тут же замаячили световые «суперлинзы», обещающие масштабный прорыв в световой же микроскопии.
На метаматериалы с «заданными свойствами» надеются конструкторы малозаметных летательных аппаратов, да и вообще — создатели «плащей-невидимок». Дело тут в том, что теория уже полностью одобрила и разрешила совершенную невидимость во всех диапазонах электромагнитных волн. Приблизиться к теории на практике можно, сконструировав материалы с нужными свойствами. А так как для гарантии практической значимости новых материалов им придётся соответствовать множеству дополнительных требований, помимо «электромагнитных свойств», то и построить такие материалы удастся, лишь получив в руки нанотехнологии, работающие в атомных масштабах.
Несомненно, перспективные метаматериалы произведут самые заметные и вполне крупномасштабные сдвиги во множестве отраслей человеческой деятельности. Но произойдёт это только тогда, когда уменьшится масштаб, подвластный технологам-материаловедам. И чем мельче будет масштаб, тем крупнее эффекта стоит ожидать.
Фактически так же, видимо, открытия других физиков, сделанные в наномасштабах с применением ускорителей, повлияют на понимание результатов астрономических наблюдений, в самом что ни на есть макроразмере.
17.03.2007
Теги: материалы
микромир
технологии
физика
|
Ваш отзыв автору
|
|
|
