За нанотехнологиями будущее. Это не обсуждается
Жорес Алферов
В настоящее время вице-президент РАН, руководитель секции нанотехнологий Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН, председатель Санкт-Петербургского Научного центра РАН (СПб НЦ РАН), председатель Санкт-Петербургского физико-технологического научно-образовательного центра РАН, депутат Государственной Думы Российской Федерации продолжает заниматься развитием созданных им технологий, ведет активную работу по возрождению науки в стране, что невозможно без воспитания нового поколения ученых. Им был основан Санкт-Петербургский физико-технологический научно-образовательный центр РАН, который, по его словам, реализовал первоначальный план Петра 1, при создании академии, — объединить под одной крышей учеников, студентов и ученых, знаменитая триада. Тот факт, что Нобелевская премия была получена российским советским ученым именно за разработку в области нанотехнологий, означает, что Россия имеет все шансы занять достойное место среди развитых стран именно за счет развития современной и интеллектуальной экономики.
— Жорес Иванович, что могут дать России нанотехнологии с точки зрения экономического эффекта?
— Мы говорили всегда, и в советское время, и сейчас, что основная экономическая задача общества – это повышение качества жизни человека и выход на уровень ВВП на душу населения, соответствующий уровню передовых стран. В настоящее время мы отстаем по этому параметру от лидеров экономики в пять, семь, в восемь раз. Совершенно очевидна простая вещь: развивая сырьевую экономику, то есть увеличивая объем добычи нефти, газа, металлов, развивая традиционные отрасли, можно увеличить ВВП на 20, 30 процентов. Максимум в полтора-два раза, но невозможно увеличить в четыре, пять, в восемь раз. Выйти на современный уровень жизни, адекватный социальным и гуманитарным требованиям, мы можем, только развивая другую экономику — экономику знаний, экономику, основанную на науке, наукоемких технологиях, в том числе и инвестируя в нанотехнологии. Я — один из людей, которые считают, что нанотехнологии нужно развивать в России и они станут базой для создания у нас высоких технологий, а также построения «экономики знаний» в целом. Неслучайно я согласился в Академии наук перейти из Отделения физических наук в Отделение нанотехнологий и информационных технологий РАН, где создали новую секцию — нанотехнологий.
— Если исходить из принципов рыночников — если наука востребована экономикой, то и деньги будут. Может быть, для того, чтобы бизнес начал инвестировать в науку, необходимо разделить прикладную и фундаментальную? Есть же корпоративные исследовательские центры.
— Если наука востребована экономикой, то должны быть задействованы не только прикладные исследования, но и фундаментальные науки. Есть подобные предложения, рожденные в чиновничьих кабинетах, — реструктурировать научные организации, в том числе академические институты, чтобы разделить прикладные и фундаментальные исследования. Первые якобы будут финансироваться бизнесом, вторые — получать деньги из бюджета. Так не получится. Простите, еще вчера, скажем, моя лаборатория вела чисто фундаментальные исследования квантовых точек, а сегодня на основе этих разработок появился принципиально новый и чрезвычайно перспективный тип полупроводникового лазера, востребованный экономикой. А завтра мы снова будем заниматься чисто базовыми фундаментальными исследованиями по ансамблю квантовых точек.
Другое дело, что прикладные исследования нужно финансировать не только за счет государства. Несколько лет назад меня пригласили прочитать доклад на открытии всемирного конгресса в Сингапуре, и я там посещал различные институты. Бюджеты двух «прикладных», по нашим представлениям, институтов, в которых я побывал, — института микроэлектроники и института информационных сред составляет по 25 — 30 млн. долларов в год. Совершенно небольшие организации — по 200 человек каждый. В беседе с их руководителями выяснилось, что бюджеты формируется на 90% за счет государственных средств и на 10% за счет ассигнований представителей промышленности, то есть бизнеса. Я говорю, ну позвольте, такая мощная электронная промышленность в Сингапуре, почему же только 10%? Ответ обоих директоров был одинаковым: промышленность дает деньги на то, что ей нужно сегодня, а государство финансирует то, что им понадобится завтра. Вот и наш бизнес, даже когда он станет более цивилизованным, будет давать деньги, прежде всего, на насущные потребности, а стратегические направления придется финансировать государству.
— Какова ситуация в России и какие у нас шансы в области нанотехнологий?
— Государство любой страны мира, будь то США или Россия — основной инвестор в науку. Другое дело, что для наноиндустриализации, кроме денег, необходимо наличие инструментария, то есть мощной научной школы. Я считаю, что основа нанотехнологий в целом — фундаментальные исследования. Научные школы в России пока еще существуют и работают. Наша заслуга в том, что, несмотря на очень трудные годы, мы сохранили такую организацию, как Академия наук – высшую и уникальную! — научную и образовательную структуру России. Ее хотели уничтожить в 90-е годы как «наследие царского режима». От нее пытались избавиться как от «наследия тоталитарного режима». Для ее сохранения я согласился пойти депутатом в Государственную Думу. Ради сохранения Академии наук мы иногда шли на компромиссы с властью, но никогда — со своей совестью. И если сейчас выберем правильно направление (а нанотехнология – правильно выбранное направление), если мы поддержим именно те учреждения, те школы и те направления, которые имеют достаточный потенциал, если вопрос об этой поддержке будет решаться при активных консультациях с учеными, я думаю, мы имеем хорошие шансы. Все, что создало человечество, оно создало благодаря Науке. И если нашей стране суждено быть великой державой, то она ею будет не благодаря вере в Бога, в президента или в западные инвестиции, а благодаря труду ее народа, благодаря вере в знания, в науку, сохранению и развитию научного потенциала и образования. Что касается нанотехнологий, то мы развивали и осваивали эти принципы многие десятилетия. Целый ряд пионерских работ в этой области был сделан в нашей стране. Между прочим, в значительной степени и моя Нобелевская премия 2000-го года по электронике (полупроводниковые двойные гетероструктуры) и по ее основам была связана с нанотехнологиями.
— То есть у России есть свой исторический шанс?
— В России есть научный задел в оптоэлектронике, СВЧ-транзисторах. Эти области основаны на исследованиях полупроводниковых гетероструктур, за которые наш коллектив получил Нобелевскую премию. Благодаря нашим исследованиям стало возможным создание современного информационного общества. На их основе построены оптические системы хранения и передачи информации, без которых невозможно представить современную компьютерную технику, сотовые телефоны и многие другие технические достижения. Отмечу, что систематические работы по изучению свойств полупроводников в нашей стране начались еще в 30-е года прошлого столетия в Физико-техническом институте под руководством его основателя Абрама Федоровича Иоффе. Советскими учеными была создана теория выпрямления тока на контакте металл-полупроводник, основанная на явлении туннелирования. В 1931 и 1936 годах советский физик Я.М. Френкель опубликовал свои замечательные работы, в которых он предсказал экситоны в полупроводниках, ввел сам это название и разработал теорию экситонов, а Е.Ф. Гросс экспериментально открыл экситоны в 1951 году.
В настоящее время имеется огромный задел в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН (ФТИ), в Санкт-Петербургском физико-технологическом научно-образовательном центре РАН (НОЦ), в ряде институтов Москвы и в Нижнем Новгороде. В стране возникла научная школа – мощная, разветвленная, развитая.
Конечно, огромной трагедией для нашей страны является потеря электронной промышленности Советского Союза. Было отставание по некоторым позициям, прежде всего, по кремниевым интегральным схемам, но оно составляло 3-5 лет. Во многих других областях — в гетероструктурах, оптоэлектронике – мы часто начинали производство раньше, чем за рубежом. Предприятия электроники были во всех республиках страны, но в значительной степени базировались на мощной технологической базе, которую создали в Белоруссии. Я имею в виду компанию «Планар». Инициатором ее создания был талантливый инженер в области микромеханики Е. Онегин, которого я хорошо знал. Наши специалисты создали институт, конструкторские бюро, производство в Минске, большое количество предприятий в Белоруссии, России, Прибалтике. Однажды в 80-х министр электронной промышленности СССР В.Г. Колесников сказал мне: «Жорес Иванович, вы знаете, я сегодня проснулся в холодном поту». Я переспросил: «А что случилось?» «Мне приснилось, что нет «Планара». А если нет «Планара», то нет и электронной промышленности страны», – ответил он, потому что «Планар» обеспечивал производство литографического оборудования на мировом уровне. Белоруссия сохранила «Планар», но его мощность совсем не та без соответствующих филиалов и предприятий, а уровень продукции не соответствует мировому. Он выжил и работает.
Другое дело, что в настоящее время чрезвычайно важна активная финансовая и идеологическая поддержка научных исследований по нанотехнологиям в институтах и лабораториях Академии наук, научных центрах и даже в частных компаниях, появившихся в последнее время.
— И все-таки какие направления наиболее эффективны для российской науки и народного хозяйства? Сейчас много говорят о нанопорошках.
— Нанопорошковые технологии существуют уже несколько десятилетий. Я думаю, что в наши дни увлеченность ими – это дань имеющемуся, американцы классифицируют это направление, как простое.. Развитие нанотехнологий — это не только создание новых материалов, структурированных с атомной точностью, когда вы укладываете атом к атому и получаете совершенно новые свойства! Но и понимание биологически возможным создание различного рода нанобиологических объектов, которые помогут понять природу человека и впервые появится возможность наблюдать в реальном времени за всеми процессами жизнедеятельности человеческого организма.
Применительно к IT-технологиям, наиболее быстро развивающиеся нанотехнологии — это технологии молекулярной и газотранспортной эпитаксии с использованием процессов самоорганизации для получения квантовых точек, фуллеренные и наноуглеродные технологии. Мой хороший знакомый, японский физик Лео Эсаки, получивший Нобелевскую премию в 1973 г. и занимавшийся нанотехнологиями, гетероструктурами и сверхрешетками, дал прекрасное определение наноматериалам: «man made crystals», т. е. кристаллы, сделанные человеком, в отличие от материалов, которые существуют в природе. Их он назвал «God made crystals» — сделанные Богом. Кристаллы, сделанные человеком, представляют собой материалы, которых нет в природе. Есть много искусственных кристаллов, но в природе существуют их аналоги. Гетероструктуры, вискеры — это материалы, не имеющие природной замены, у которых иные свойства, и рождаются эти иные свойства из технологии, когда мы укладываем атом к атому с высочайшей точностью. Основой развития современного материаловедения можно считать именно нанотехнологии, позволяющие создавать новые классы материалов не только полупроводниковых, но и других.
Кроме материаловедческого направления, которое включает в себя и полупроводниковые материалы, углеродные нанотрубки и материалы, наноструктуры, получение высокоэффективных катализаторов, получение новых материалов, существует много иных направлений. В России проведены интересные исследования в разных областях. Например, очень хорошие работы по графену выполнены в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН в Черноголовке.
— А в области энергетики?
— В свое время я делал доклад на научной сессии Российской академии наук, посвященной энергетике, на тему альтернативных источников. Сегодня мы живем, конечно, за счет нефти, газа, угля, атомной энергии. Все это исчерпаемые источники энергии: нефти хватит на 40 — 50 лет, газа на 60 — 70, угля — значительно больше. Кроме того, возникает масса экологических проблем. Трудно прогнозировать, как будет решена проблема термояда. Сегодня специалисты утверждают, что первый термоядерный промышленный реактор появится не раньше середины этого столетия. Но и лет пятьдесят назад делались оптимистические прогнозы, что термоядерная реакция будет укрощена человеком лет через 20 — 30. Поэтому я думаю, что у человечества на самом деле есть только один неисчерпаемый источник энергии — это Солнце. В конечном счете все будет сводиться к этому. Развитие солнечной энергетики, между прочим, очень тесно связано с нанотехнологиями, сегодня наиболее перспективный метод преобразования солнечной энергии — это преобразование ее на основе полупроводниковых гетероструктур. Мы уже имеем батареи с коэффициентом полезного действия 30 — 35%, и в ближайшем будущем будем иметь и 40 — 45%, и где-нибудь через 2 — 3 десятилетия этот тип солнечной энергетики станет экономически сравнимым с другими типами получения энергетических мощностей.
— Кроме финансирования и наличия научной школы, существует проблема подготовки кадров. Как быть в этом вопросе?
— В истории XX столетия было два полностью инновационных проекта, в которых родились принципиально новые технологии: это Манхэттенский проект в США и создание атомного оружия в СССР — инновационные проекты гигантского масштаба. И решающим для их успеха было не огромное финансирование. Их победа связана с кадрами, трудившимися над их выполнением. Успех американского Манхэттенского проекта определил Адольф Гитлер, вынудивший многих ученых перебраться из Европы в Америку. Все ученые, трудившиеся над созданием американского ядерного оружия, занимались до этого фундаментальными исследованиями в области ядерной физики. Успех советского проекта определил А.Ф. Иоффе, который непосредственного участия в создании бомбы не принимал, но вырастил советскую физическую школу. Этому способствовало постановление правительства 1945 года, резко повысившее зарплату научным сотрудникам и профессорско-преподавательскому составу. Приоритет фундаментальных исследований и подготовки кадров предопределил положительный результат работ по созданию советской ядерной бомбы. Тогда в разрушенной войной стране создали новую индустрию и новые методы.
Поэтому и для прорыва в области нанотехнологии необходимо, прежде всего, организовать подготовку высококвалифицированных исследовательских кадров. Частично эту задачу решает Санкт-Петербургский физико-технологический научно-образовательный центр РАН, который я возглавляю. Сейчас США, Япония, частично Китай и некоторые другие страны живут в постиндустриальном информационном обществе. В России высокотехнологическую индустрию, созданную за многие десятилетия, разрушили. Поэтому и у нас, в отсутствие индустрии, теперь тоже постиндустриальное общество, но, к сожалению, так называемое «информационное общество» пока еще находится зачаточном состоянии. И здесь главной проблемой стал разрыв в поколениях. Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН занимался работой с детьми в профильном лицее, обучал студентов соответствующего факультета Санкт-Петербургского Политехнического института (позднее — университета), поэтому в Физтехе этот разрыв был меньше.
— Кроме разрыва в поколениях, существует проблема «утечки мозгов». Президент США Барак Обама недвусмысленно дал понять, что его страна начинает «охоту за головами». Как удержать молодых ученых?
— Уезжать ученые будут всегда, все зависит от причин. Из СССР не уезжали, потому что не разрешали. Теперь у нас свобода, демократия. Из Европы в послевоенные годы ученые в большом числе уезжали в Америку, где были лучше условия. Важно, каков масштаб этого отъезда. Отъезд с возвращением, отъезд, который приводит к научному обмену, если не нарушается «критическая масса» научных сотрудников в стране, играет отрицательную роль, но последствия этого можно преодолеть. А когда количество отъезжающих нарушает баланс научных сил, то последствия могут быть необратимы. Надо отметить, что произошла утечка мозгов не только за рубеж, где они оказались в основном востребованными, но главный урон — «утечка» мозгов внутри страны, которая ушла в коммерцию, в бизнес-структуры, в челноки, в бомжи и др., т.е. для науки оказались ликвидированными.
Чтобы удержать ученых, нужно выполнение нескольких условий. Одно из них совершенно естественное: должны быть условия для научной работы и внедрения получаемых результатов. Необходимо достаточное финансирование исследований, современное оборудование, близкое по мощности к производственному. Но еще важно, чтобы результаты исследований были востребованы экономикой.
— Президент России Д. Медведев взял под личный контроль инновационную политику. На инвестиционном форуме он сформулировал пять принципов развития «экономики знаний». Что вы думаете по этому поводу?
— За нанотехнологиями, или кванторазмерными технологиями, несомненно, будущее. И это не обсуждается. И очень хорошо, что наш президент это понимает.
Необходимо качественно и принципиально пересмотреть вопрос финансирования науки и ее взаимодействия с бизнесом. Ранее мы говорили об де-индустриализации. Наши ученые ни в чем не уступают западным коллегам. Остается лишь вопрос применения научных открытий. А именно на этом Россию надо возрождать и создавать экономику и промышленность. Это непростая задача, но безусловная. Как сказал биохимик и физикохимик Арчер Джон Портер Мартин, все науки прикладные. А у нас с этим очень сложно. Без производства не будет финансирования исследований, без исследований не будет производства.
Поэтому, для того чтобы нанотехнологии заняли свое место в реальном секторе экономики и начали приносить прибыль, необходим адекватный современным научным знаниям уровень развития промышленности и экономики. Это означает, что должен произойти серьезный рост не только финансирования научных исследований, но и инвестиций в производство. Наука развивается, когда она востребована экономикой. Она должна быть востребована экономикой. Иногда даже не так важна область применения. Вспомните, как развивалась атомная энергетика. Конечно, ни один ученый не пожелает своему открытию такого применения, как было использовано расщепление урана. Но вот что сказал мне ученый, дважды удостоенный Нобелевской премии, Джон Бардин, когда приезжал в Петербург на встречу нобелевских лауреатов: «Как было бы замечательно, если бы сейчас шла мягкая «холодная война».
«НЭП» 2008 г.
