Уважаемые читатели!

Прошедшие праздники подарили нам не только радость весны, но и горсть нанотехнологических новостей. В связи с этим мы представляем выпуск за две праздничные недели.

Хотелось бы особенно выделить открытие и реализацию нового памятного элемента – мемристора. Много нового появляется на ниве альтернативной энергетики, которая, похоже, с каждым месяцем все больше и больше набирает обороты. Также интересны шаги правительства РФ, касающиеся нанотехнологий.

Итак, с прошедшими праздниками вас, и обо всех событиях недель c 28 апреля по 11 мая 2008 года подробнее!

Материаловедение

TEM-изображения полученных наночастиц Pd

На сегодняшний день огромное внимание научной общественности приковано к созданию водородных хранилищ на основе металлических наночастиц, благодаря тому, что сорбционные свойства сильно зависят от электронного состояния атомов металла, а в нанодисперсном состоянии они разительно отличаются от свойств объёмного материала. Так, в ряде работ было показано, что платина в наноразмерном состоянии проявляет высокую способность сорбировать водород, тогда как наночастицы палладия ухудшают свои сорбционные свойства.

Недавно были синтезированы наночастицы ядро-оболочка на основе платины и палладия и изучены их сорбционные свойства. Как оказалось, в количественном отношении полученный материал аналогичен объёмному палладию, однако имеется ряд отличий. Исходя из данных РФА, зависимости параметров решётки от давления и измерения абсорбции дейтерия с помощью ЯМР было предположено, что водород сорбируется в основном на границе ядра и оболочки без увеличения параметров решётки, что совершенно отличается от чистого палладия.

По всей видимости, данные результаты свидетельствуют о том, что связывание в интерфейсной области между двумя слоями играет существенную роль при образовании гидридной фазы наночастиц Pt/Pd. Вероятно, что исследование подобного рода эффектов позволит создать целый ряд новых материалов для хранения водорода с высокой ёмкостью.

Срез трехмерной мембраны

Мембраны анодированного оксида алюминия (АОА) обладают однородной пористой структурой с гексагональной упаковкой цилиндрических каналов и узким распределением пор по размерам. Использование различных электролитов, напряжений и времен анодирования позволяет варьировать диаметр пор (Dp), расстояние между порами (Dint) и толщину пленки (Lf) в широких пределах (Dp = 15–200 нм; Dint = 50–500 нм; Lf до нескольких сотен микрон). Комбинация уникальной пористой структуры (прямые поры управляемого диаметра) с высокой температурной, механической и химической стабильностью делает пленки анодированного оксида алюминия привлекательным материалом для различных применений в области фильтрации и разделения смесей, хранения информации, в сенсорике и для синтеза одномерных наноструктур.

Группе ученых из немецкого института удалось совместить два метода синтеза нанопленок . В результате импульсного анодирования были получены слоистые структуры. В процессе синтеза напряжение циклически изменялось между мягкими и жесткими условиями (UMA=25 В в течение 120 сек., UHA=35 В в течение 0,5 сек.). Время каждого цикла определяет толщину оксидного слоя, а используемое напряжение – структуру пленки (значения Dp и Dint). Таким образом удалось синтезировать пленки АОА с переменным диаметром пор.

Разработанная технология была успешно использована для синтеза более сложных структур. Авторы надеются, что полученные 3D-структуры станут основой для получения фононных и фотонных кристаллов. Кроме того, предложенный в работе простой и экономичный способ синтеза тонких пористых пленок анодированного оксида алюминия может найти широкое практическое применение в различных областях нанотехнологий.

Нанобиотехнологии

Схема ДНК-детектора

Ученые из Аризоны придумали способ , позволяющий избирательно детектировать ДНК, содержащуюся в пробе в зептомолярных количествах. Необходимое для детектирования устройство состоит из трех основных частей.

Во-первых, это молекулярный наномотор F1-АТФаза – компонент сложного ферментативного комплекса, отвечающего в организме за синтез АТФ. Эти молекулы связаны с авидином и прикреплены к подложке, покрытой Ni-NTA, при помощи шестигистинового тэга. Вторым важным компонентом системы являются золотые наночастицы, к которым также присоединен авидин. Наконец, третья необходимая составляющая – это молекула ДНК, на обоих концах которой имеется по молекуле биотина. Биотин способен прочно связываться с авидином – таким образом, при наличии всех трех компонентов в системе собираются наноустройства.

А затем начинается самое интересное: если к готовой, полностью собранной системе добавить Mg2+ и AТФ, ротор компонента F1-АТФазы начнет вращаться, вращая и золотую наночастицу, прочно прикрепленную к наномотору при помощи ДНК! Результат в виде мерцания можно наблюдать в микроскоп, отличая таким образом целевое связывание от фона, вызванного неспецифичным связыванием частиц золота с подложкой. При нанесении молекул F1-АТФазы на подложку исследователи подобрали концентрацию молекул так, чтобы они располагались друг от друга на достаточном расстоянии: чтобы одна молекула ДНК не могла связаться обоими концами с двумя соседними молекулами F1-АТФазы, и чтобы собранные устройства не мешали друг другу во время вращения наночастиц золота. Метод позволяет распознавать точечные замены в молекулах ДНК, что часто как раз и требуется при анализе генетических заболеваний, обнаружении патогенов и онкогенов.

Широкое использование углеродных нанотрубок и других наноматериалов в биомедицинских целях, например, для доставки лекарств в живой организм, сдерживается из-за недостатка знаний об их поведении in vivo. Для серьезного изучения фармакокинетики и биораспределения in vivo требуется быстрый, удобный и универсальный метод слежения.

Такой метод – радиоиндикаторный с использованием метки 125I — разработали китайские ученые . Продемонстрирована его эффективность при изучении in vivo биораспределения УНТ, функционализованных разными способами; количественно определены поглощение и распределение многостенных углеродных нанотрубок двух типов – тау-МСНТ и твин-МСНТ. (Тау-МСНТ – нанотрубки с ковалентной функционализацией таурином1, твин-МСНТ – нанотрубки в оболочке твина2).

В последние годы для приготовления и водных, и органических растворов стали широко использовать нековалентную функционализацию УНТ с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ) или полимеров. Эксперименты in vivo были проведены на мышах. После акклиматизации мышей разделили на группы по 5 штук и ввели внутривенно (в вену хвоста) однократную дозу 100 µл раствора 125I тау-МСНТ. Через разные промежутки времени после этого мышей умертвили и с помощью γ-детектора определили активность 125I (в процентах к исходной) в отдельно взятых тканях щитовидной железы, сердца, легкого, печени, почек, селезенки, желудка, кишечника.

Через 5 мин после введения примерно 80% тау-МСНТ достигло печени, и всего 5,4% и 2,4% попало в легкие и селезенку, соответственно (но не в другие органы – кровь, мозг, желудок, мышечную ткань, кость и кишечник). Через 6 часов в печени осталось ~ 75%, а 2,6% — в селезенке; в легких активность постепенно снижалась. Низкая радиоактивность в щитовидной железе, главной мишени для йода, указывает на то, что из индикатора теряется чрезвычайно малое его количество.

Наноэлектроника

В связи с концом эры оптической литографии мировые чипмейкеры пока находятся в состоянии трудного выбора – какой из методов окажется оптимальным: литография с использованием экстремального ультрафиолета, иммерсионная лазерная 193-нм литография с двойным экспонированием, рентгеновская или многолучеая электронная литографии? Каждый из методов требует значительных первоначальных капитальных затрат, разработки новых материалов и самого литографического процесса.

Решительные действия предприняла Европа. CEA-LETI (Electronics and Information Technology Laboratory of the French Atomic Energy Commission, Grenoble, Франция) официально запускает новую исследовательскую программу по безмасочной электронно-лучевой литографии (Maskless lithography — ML2) для 32-нм технологии. Результатом выполнения трехлетней программы станет поставка опытной установки в конце 2010 г. Программа, получившая название MAGIC — Maskless Lithography for IC Manufacturing (Безмасочная литография для изготовления ИС), будет финансироваться Европейской Комиссией. Фактически исследования будут сфокусированы на доработке существующего многолучевого метода компании Mapper Lithography BV (Delft, Голландия) и метода безмасочного проецирования компании IMS Nanofabrication AG (Vienna, Австрия). Будет также создана необходимая инфраструктура и разработаны методы коррекции эффекта близости.

CEA-LETI возглавит консорциум MAGIC, в который также войдут компании IMS-chips (Stuttgart, Германия), Delong Instruments a.s. (Brno, Чешская республика), Fraunhofer Institutes (Германия), Synopsys International Ltd. (Dublin, Ирландия), STMicroelectronics (Geneva, Швейцария), Qimonda AG (Munich, Германия), Fachhochshule Vorarlberg GmbH (Dornbirn, Австрия), Fujifilm Electronics Material NV (Zwijndrecht, Бельгия) и KLA-Tencor Corp. (San Jose, Calif., США).

В течение нескольких лет к чипмейкерам все больше приходило понимание, что стоимость изготовления масок для микроэлектронной технологии переднего края будет возрастать по пути от 45— к 32— и 22-нм. Потенциальное решение проблемы видится в безмасочной технологии, во всяком случае, для формирования рисунка критических слоев. Потенциальные барьеры на пути ML2 – это значительные первоначальные капитальные затраты, необходимость решения проблем стабильности луча и коррекции эффекта близости для многолучевого метода. Хотя проблема стоимости пока остается непреодолимой, другие технические проблемы успешно преодолеваются активными усилиями таких компаний, как STMicro, Qimonda и Taiwan Semiconductor Manfuacturing Co. Ltd.

Матрицы, изготовленные плавлением

Сегодня производители интегральных микросхем различного назначения добились потрясающих успехов в деле миниатюризации базовых элементов, однако на этом пути приходится преодолевать колоссальные трудности, одной из которых является наличие различных дефектов наноструктур, которые приводят к резкому ухудшению свойств конечного продукта. Разумеется, от дефектов необходимо избавляться, и делать это нужно с минимальными затратами, чтобы это не приводило к резкому удорожанию интегральных микросхем, и исследователи нашли способ решения проблемы .

Инженер Принстонского университета Стивен Чоу (Stephen Chou) предложил очень легкий способ избавления от дефектов структуры микросхем – после формирования компонентов их необходимо расплавить. Такая техника получила обозначение Self-Perfection by Liquefaction (SPEL), что можно перевести как «самосовершенствование путем сжижения». Расплавив миниатюрные компоненты интегральной микросхемы, технологи получают возможность манипулирования ими, используя для этого силы поверхностного натяжения жидкости. Метод SPEL позволяет получать практически идеальные геометрические формы – окружность, прямые линии и пр.

Главным препятствием перед внедрением подобной техники в производственный цикл изготовления интегральных микросхем являлась высокая температура плавления полупроводниковых структур, что могло привести не только к плавлению необходимого участка микрочипа, но и всего кристалла. Метод SPEL предусматривает использование эксимерного лазера, при помощи которого можно нагревать небольшой участок на поверхности микросхемы, а значит, осуществлять плавление только необходимой части структуры, не затрагивая сам кристалл. Второй проблемой является поведение самого расплавленного материала, который стремится «расползтись» по поверхности и тем самым увеличить ширину компонентов, что недопустимо. Исследователи нашли очень изящное решение – необходимо лишь поднести к расплавленным компонентам пластину. Поднимая пластину над поверхностью кристалла можно регулировать высоту и толщину компонентов, и, согласно заявлениям исследователей, им удалось уменьшить толщину микролиний сразу в пять раз. Но что самое удивительное, нет необходимости прикасаться пластиной к расплавленному материалу, достаточным условием является наличие небольшого зазора между ней и компонентами микросхемы. Это позволит избежать «загрязнения» полупроводника или металла материалом, из которого изготовлена сама пластина.

В рамках Солнечной инициативы Министерство энергетики США (U.S. Department of Energy, DOE) сформировало партнерство Солнечные города Америки (Solar America Cities), включающее 25 городов по всей территории США. Цель партнерства – ускорить адаптацию солнечных энергетических установок в городскую инфраструктуру. Наряду с администрацией городов в партнерство входят МЭ США и его Национальные лаборатории, государственные ведомства, университеты, солнечные компании, электроэнергетические компании. В 2008 г. МЭ выделило 2,4 млн. долл. для поощрения городов, наиболее активных в поддержке разработчиков солнечной технологии и в создании солнечной инфраструктуры. В 2008 г. 12 городов США (Denver, CO; Houston, TX; Knoxville, TN; Milwaukee, WI; Minneapolis – St. Paul, MN; Orlando, FL; Philadelphia, PA; Sacramento, CA; San Antonio, TX; San Jose, CA; Santa Rosa, CA; Seattle, WA) получили по 200 тыс. долл. от МЭ для поддержки солнечных усилий.

МЭ финансирует две национальные программы – с ноября 2007 г. программу «Будущие поколения фотовольтаических приборов и процессов», а с марта 2008 г. программу «Разработка фотовольтаических процессов и продуктов в университетах». Цель первой программы – разработать к 2015 г. прототипы солнечных ячеек и технологические процессы для их производства таким образом, чтобы в период 2020—2030 г.г. перейти к полномасштабной коммерциализации с потенциально более дешевой (в сравнении с традиционной) электроэнергией. В разработках основной акцент на технологии переднего края – нанотехнологии, матрицы квантовых точек, квантовые нити и нанотрубки.

Вторая (университетская) программа с объемом финансирования 13,7 млн. долл. включает 11 проектов, расчитанных на трехлетний срок (2008—2010 г.г.). Проекты будут выполняться совместно университетами и коммерческими компаниями при ведущей роли университетов. Цель проектов – найти фундаментальные законы, которые позволят к 2015 г. снизить стоимость фотовольтаического электричества с сегодняшнего уровня 0,18—0,23 долл/кВт час до 0,05—0,10 долл/кВт час. Каждый университет будет тесно работать с промышленным партнером, чтобы открытые учеными фундаментальные закономерности быстро трансформировались в производственные процессы и рыночные продукты.

Нанотехнологии продолжают подавать надежду на скорейшее развитие микроэлектронной индустрии. Только недавно ученые предложили первые одноэлектронные транзисторы на основе графена, способные функционировать при комнатной температуре. Теперь собственные разработчики всемирно известной корпорации Hewlett Packard объявили об обнаружении четвертого пассивного элемента электронных цепей , способного перевернуть всю индустрию вычислительной техники с ног на голову.

Грубо говоря, мемристор – это элемент, работающий в условиях переменного тока, электрическое сопротивление которого зависит от полярности прилагаемого напряжения. В зависимости от знака разности потенциалов мемристор может находиться в выключенном (менее проводящем) состоянии и во включенном (более проводящем). Однако в таком виде он мало отличается от диода.

Самым главным качеством мемристора – именно мемристивностью – является зависимость сопротивления от заряда, пропущенного через элемент. Мемристивные системы до сих пор использовали совершенно разные научные группы только как математические абстракции для моделирования процессов обработки сигнала, поведения нелинейных полупроводниковых систем, электрохимических процессов и даже для моделирования работы нейронов головного мозга человека. Однако на практике эффект мемристивности (или, если угодно, памятливости) так и не был реализован, так как имел очень маленькие значения для различных микроэлектронных систем.

Бизнес

Выставка NT-MDT на конференции

В начале апреля компания НТ-МДТ участвовала в весенней сессии международной конференции Американского химического общества (ACS).

Организуемая при конференции выставка является одной из самых крупных, посвященных аналитическому оборудованию в США. На выставке НТ-МДТ наряду с уже известным семейством нанолабораторий NTEGRA представляла инновационную разработку Solver NEXT — прибор, открывающий новую линию сканирующих зондовых микроскопов широкого применения.

Solver NEXT отличают максимальная автоматизация, интеллектуальное программное обеспечение и эргономичный дизайн, что позволяет использовать этот зондовый микроскоп как в научной лаборатории, так и в учебном центре. Кроме того, это пока единственный в мире серийный СЗМ прибор, совместимый с операционной системой Mac (Apple).

В ближайшее время компания представит Solver NEXT на российских и зарубежных выставках в Европе и США.

Заработки сотрудников госкомпаний и госкорпораций  — тайна за семью печатями. Единственным из опрошенных, у кого хватило смелости публично назвать свою зарплату, стал глава «Роснанотехнологий» Леонид Меламед, причем она оказалась ниже, чем у его заместителей.

Ежемесячный оклад Меламеда — 400 000 руб., никаких премий, надбавок и бонусов, по его словам, ему не полагается. «Мы изучаем различные исследования рынка труда, смотрим, сколько предлагают подходящим для нас специалистам, и нанимаем тех, кто соглашается работать по нижней границе рыночной вилки, — рассказывает Меламед. — Почему нижней? Зарабатывать деньги идут в бизнес, а на госдолжность — те, кто хочет сделать хорошую карьеру, обрасти связями». «Так что мы берем только тех, у кого горят глаза на нанотехнологии», — улыбается Меламед. По его словам, на каждую позицию большой конкурс. Пока в корпорации всего 80 сотрудников.

Но сотрудники госкорпораций не сидят на одних окладах, а с учетом надбавок и премий их ежемесячные зарплаты могут вырастать в несколько раз. Например, менеджеры «Росатома» и «Олимпстроя» помимо чистых окладов получают ежемесячные надбавки: за ненормированный рабочий день (20% от оклада) и за доступ к сведениям, составляющим государственную тайну (10%), рассказывают источники, близкие к руководству этих корпораций. Кроме того, предусмотрена ежемесячная премия (до 50% от оклада), а также ежеквартальная премия (50% от оклада). Представитель «Росатома» Сергей Новиков это не комментирует.

В «Олимпстрое», «Роснанотехнологиях» и корпорации по реформе ЖКХ оклад руководителю и членам правления определяет наблюдательный совет (его членов, как и руководителя корпорации, в «Олимпстрое», «Ростехнологиях», «Росатоме» и «Роснанотехнологиях» назначает президент.

События

В Москве в Центральном выставочном комплексе «ЭКСПОЦЕНТР» 25 апреля завершил свою работу IX Международный форум «Высокие технологии ХХI века».

В рамках Международного форума действовала коллективная экспозиция наукоградов Подмосковья, сформированная Министерством промышленности и науки Московской области. В информативной и наглядной экспозиции приняли участие ведущие предприятия и организации наукоградов.

Международный центр технологической кооперации был представлен на Форуме собственной экспозицией. В ходе выставочных дней МЦТК были заключены соглашения о поддержке и продвижении инновационных проектов с рядом предприятий и организаций, в том числе ООО «Техплазма», ООО «КВАДРО» и ЦВТ ХИМРАР (НПФЦ «Цитолекс»). Между МЦТК и Деловым советом среднеатлантических штатов Америки и России заключено соглашение о развитии инновационной деятельности в России с учётом опыта США. Премьер-министр РФ Виктор Зубков подписал распоряжение , согласно которому критерии отбора проектов, для реализации которых необходимо предоставление им в пользование объектов инфраструктуры наноиндустрии, будут разработаны и утверждены во втором квартале 2008 года.

Согласно распоряжению, с четвертого квартала текущего года должно быть обеспечено размещение в сети Интернет информации о перечне, составе, измерительных и технологических возможностях объектов инфраструктуры наноиндустрии с соблюдением условий, обеспечивающих защиту сведений, составляющих гостайну, отмечается в сообщении пресс-службы.

Помимо этого, в распоряжении премьер-министра указаны следующие поручения: Роснаука, начиная с первого квартала 2009 года, обязана обеспечить ведение реестра объектов инфраструктуры наноиндустрии и осуществление мониторинга эффективности их использования.

Министерство образования и науки РФ во втором квартале 2008 года должно обеспечить разработку и утверждение форм представления информации об объектах инфраструктуры наноиндустрии. А в третьем квартале текущего года министерству было поручено разработать и утвердить порядок и условия предоставления в пользование объектов инфраструктуры наноиндустрии.

Кроме того, Минобрнауки ежегодно, до 1 апреля, будет представлять в правительство доклад об использовании объектов инфраструктуры наноиндустрии и предложения по повышению эффективности их использования.

К 1 июня в Татарстане будет сформирован комплексный проект по наноиндустрии . Об этом было заявлено на очередном заседании межведомственной рабочей группы по наноиндустрии РТ.

В совещании приняли участие разработчики татарстанского нанотека: представители КГТУ им.Кирова, КГТУ им. А.Н. Туполева, Казанского физико-технического института Казанского научного центра РАН, Казанского госуниверситета, Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова, а также ФКП ГосНИИХП, ОАО «ВНИИУС», руководители академии наук РТ и другие. На заседании было представлено 40 проектов, подготовленных специалистами татарстанских вузов и научно-исследовательских учреждений. Комиссия детально рассмотрела предлагаемые разработки, поскольку следующим этапом их возможного претворения в жизнь становится включение в комплексный проект от республики для последующего финансирования из госкорпорации (ГК) «Роснанотех».

Руководитель рабочей группы, первый заместитель премьер-министра республики Борис Павлов отметил, что для повышения конкурентоспособности татарстанской экономики важнейшим фактором является консолидация усилий республики и федерального правительства на реализацию проектов наноиндустрии. Именно поэтому был избран «централизованный» подход, объединяющий проекты местных разработчиков нанотехнологий. Так выявлялись перспективные предложения, которые могут быть полностью, либо частично профинансированы ГК.

Итак, наш шестнадцатый выпуск подошел к концу!

Напоминаем, что если у вас есть какие-либо замечания или пожелания насчет состава рубрик или того, что бы вы хотели видеть в следующих выпусках – пишите !

До встречи через неделю!

Составитель – Свидиненко Юрий