Версия для печати
Вернуться к списку

КОНСТАНТИН НОВОСЕЛОВ: МЫ ПЫТАЕМСЯ СОЗДАТЬ АНАЛОГ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Нобелевский лауреат — о материалах, способных менять свои свойства в зависимости от влияния окружающей среды

Константин Новоселов — лауреат Нобелевской премии по физике 2010 года, присужденной за открытие первого двумерного материала — графена, — рассказал «Известиям» о главной тенденции в современном материаловедении — создании «умных» материалов, способных самостоятельно менять свойства под воздействием внешних факторов. Интервью проведено в рамках первого образовательного интенсива для технологических лидеров «Остров 10-21», пошедшего на острове Русский в июле.

— Природоподобные технологии — один из главных трендов современного материаловедения. Правда ли, что ученые пытаются создать материалы, способные заменить живую материю. Так ли это?

— Это так. Понятно, что это нечто неодушевленное, но такой материал может жить своей собственной жизнью и в зависимости от воздействия окружающей среды менять свое поведение. На мой взгляд, это очень интересное направление, особенно в связи с развитием artificial intelligence (искусственного интеллекта. — «Известия»). Такие материалы называются «умными» — это передовое направление в физике. Они смогут сами по себе создавать нейроморфные сети, делать вычисления и другие сложные операции.

— Сейчас очень много внимания уделяется созданию материалов с заданными свойствами. А то, о чем вы говорите, это следующий этап?

— Материалы с заданными свойствами — это одно из поднаправлений. Хотелось бы, чтобы эти материалы были с «умными» свойствами, могли менять их в зависимости от окружающих условий. Это более сложная задача, но более интересная.

В клетках нашего тела есть мембраны, которые могут пропускать какие-то ионы, а какие-то блокировать, поддерживать уровень pH и разницу концентраций, а она может зависеть от освещения или от каких-то химических сигналов. Это простейший кирпичик, деталь пазла. Если у вас есть набор мембран, вы можете строить простейшие устройства, которые дальше сможете соединить в более сложные органы. Живыми их назвать нельзя. Но механизм похож.

— На каком этапе находится современная наука в создании таких «умных» материалов?

— Мы только в самом начале пути. Ученые во всем мире начали с создания материалов с заданными свойствами — это уже большой прорыв. Мы не остаемся рабами существующих материалов, а пытаемся делать новые для конкретных приложений. Это большое достижение. Следующим этапом будут уже «умные» материалы, но в данный момент все только в ранге идеи. Хотя первые попытки делаются и наука развивается всё быстрее. Думаю, что мы увидим много интересного в этом направлении.

Это как с графеном. Я очень четко знал, что его можно сделать. С тех пор я постарел и поумнел и уже не так категоричен, — поэтому очень осторожно отношусь к предсказаниям. Но понимая, насколько быстро развивается наука, я бы сказал, что мы увидим что-то очень интересное в этом направлении уже в ближайшие годы.

— Если говорить о вашем открытии — графене, что можно сказать о сферах его применения?

— Графеном я в последние годы практически не занимаюсь, но слежу за развитием этого материала. Он уходит в практическую плоскость, хотя появляются очень интересные работы и по науке графена.

Мы видим, что этот материал входит в нашу жизнь всё больше, области его применения смещаются от простейших композитных материалов к более сложным электронным устройствам. Буквально каждый год мы видим новые применения. Композитные материалы и материалы для контроля температуры — это то, с чего все начали, — самые простые и очевидные приложения.

Графен используется в специальных сплавах, начинает использоваться в электронике. Самое широкое распространение в ближайшие годы он получит в печатной электронике (создание электронных схем с помощью печатного оборудования. — «Известия»). Это дешевые устройства, их используют всё больше и больше.

Что будет дальше, предсказать сложно. Скорее всего, приложения в биологии и медицине будут следующим этапом.

— А как графен можно применить в биологии и медицине?

— Потенциальных приложений много, но, как это часто бывает, тут требуются гораздо более длительные исследования. Графен используется для доставки лекарств в определенные точки тела. Он может быть использован как «умная» мембрана. С помощью таких мембран можно сделать искусственную кожу, которая будет пропускать определенные ионы, пропускать или задерживать воду, не пропускать вирусы.

Также идут работы применения графена для секвенирования (определения последовательности аминокислот. — «Известия») ДНК. Направлений много. Какие из них «выиграют», очень сложно сказать.

— Вы сказали, что отошли от изучения графена, но занимаетесь другими двумерными материалами. В чем их преимущество перед материалами трехмерными?

— Физика в двумерном пространстве, когда электроны и другие частицы могут двигаться только в двух измерениях, а не в трех, очень сильно отличается от трехмерной физики, поэтому в принципе интересно изучать физику в этих материалах. Таких материалов становится всё больше и больше. Мы научились получать двумерные сверхпроводящие материалы, недавно начали работать с двумерными ферромагнитными материалами.

Каждый раз, когда вы получаете новый материал с новыми свойствами, их физика оказывается очень необычной и интересной. Наверное, самое интересное то, что мы можем их складывать обратно в трехмерные кристаллы, при этом смешивать материалы с совершенно разными свойствами. Мы это делаем с точностью до одного атома.

У наших студентов есть библиотека таких материалов, каждый из которых толщиной в один атом. И они буквально руками складывают их один на другой с заданными параметрами и в заданной последовательности. Таким образом они меняют свойства полученного трехмерного образца. Такая технология позволяет создавать устройства, свойства которых закодированы на уровне материалов, из которых они состоят. У вас есть в телефоне микропроцессор из кремния. Его функции вы кодируете еще до момента вырезания структур из кремния. Мы поступаем наоборот: делаем материал, у которого эти свойства уже на уровне ДНК. И эти свойства могут быть самими разными. Мы их используем как для того, чтобы изучать новую физику, так и для каких-то практических приложений.

— Какое направление в работе с двухмерными материалами вы бы выделили?

— Мы научились модифицировать свойства даже тех материалов, которые хорошо знаем, просто за счет того, что складываем слои настолько плотно, что их свойства меняются за счет взаимодействия. Это очень важное направление. Получается, что сумма материалов интереснее, чем набор их свойств по отдельности.

Постепенно это выходит в практическое приложение. Мы пытаемся делать на простейшем уровне гидроструктуры, как мы их называем, для печатной электроники. Однако складывать однослойные материалы — это работа не для слабонервных. У нас студенты это умеют делать, но на заводы их мы не отправим. У нас уже есть прототипы, которые можно использовать для промышленности. Но пока некому их использовать.

— Какие страны вы бы назвали лидерами в области материаловедения?

— На данный момент идет очень большой поток исследований из Китая и Кореи, на этом фоне сложно отслеживать работы из других стран. Также много работ в Соединенных штатах и некоторых странах Европы.

— Нужно ли молодым ученым опираться на научные авторитеты, чтобы достичь успеха, или же стоит смело создавать нечто новое?

— Я стараюсь не давать советы. Единственный совет, который я обычно даю: советов не слушать.

Если вы будете следовать советам, ничего нового и своего вы не придумаете. Прислушиваться и присматриваться стоит, а делать нужно свое.