Революция продолжается. Приближается новый бум нанотехнологий.
Инновации
№ 21(2017)

- Наша статья привлекла внимание, поскольку сообщает о первом прямом экспериментальном подтверждении нового важного эффекта, - говорит ученый. - Известно, что свет - это электромагнитные колебания очень высокой частоты. Есть рентгеновское излучение, широко используемое в медицине. Есть ультрафиолетовое - благодаря ему мы загораем. Есть видимый свет, воспринимаемый человеческим глазом. Есть тепловое инфракрасное излучение - его нельзя увидеть, но можно почувствовать, например, приблизив руку к горячему утюгу. Наконец, есть радиоволны. И все это - электромагнитные колебания, волны которых имеют одну и ту же природу и отличаются друг от друга только частотой колебаний. В вакууме они распространяются с одной и той же скоростью - скоростью света, а в веществе их скорость различна: чем больше коэффициент преломления света - тем скорость меньше. Считалось, что если электромагнитная волна падает на частицу с большим коэффициентом преломления, размер которой мал по сравнению с длиной волны излучения, то электромагнитное поле внутрь такой частицы почти не проникает. Оказалось, что это не вполне так. При определенных частотах падающего излучения ситуация прямо противоположная: поле не просто проникает внутрь частицы, а происходит его гигантская концентрация. Частица, как воронка, собирает падающее излучение из пространства и концентрирует внутри себя. До нашей работы физики располагали только теоретическими результатами (в том числе и моими собственными), предсказывающими этот эффект, и косвенными экспериментальными данными, в которых о его существовании можно было судить по некоторым вторичным признакам. Мы же, как я могу судить, впервые провели прямые измерения. 

- Это все равно что во время судебного разбирательства рассматривать косвенные улики и прямые. Значимость тех и других несопоставима.

- Основная его сложность, если говорить об оптических частотах, заключалась в том, что надо было провести измерения на очень малых масштабах с точностью пространственного разрешения порядка нескольких нанометров (одной миллиардной доли метра) и при этом исхитриться перемещать сенсор, воспринимающий излучение в различных точках внутри частицы. 

- Довольно просто. Во-первых, мы воспользовались тем, что все электромагнитные волны имеют одну и ту же природу, и вместо того, чтобы ставить эксперимент на оптических частотах, сделали его в радиодиапазоне. Это позволило перейти от наномасштабов к “частице” сантиметрового размера. Во-вторых, чтобы иметь возможность измерять поле в разных точках внутри частицы, использовали тонкостенный, прозрачный для излучения контейнер, наполненный жидкостью с большим коэффициентом преломления. Сенсор, измеряющий излучение, погружали в жидкость - и он там легко перемещался. В качестве контейнера использовали кусок пластмассовой трубы, купленный на строительном рынке. А жидкостью с большим коэффициентом преломления служила обычная дистиллированная вода, которая в радиодиапазоне обладает нужными нам свойствами. Не следует, однако, переоценивать простоту эксперимента. Нашим питерским коллегам пришлось изрядно потрудиться, чтобы с необходимой точностью провести измерения и правильно их интерпретировать. Но они с этой задачей успешно справились.

- Отчасти, пожалуй, да. 

- Могла бы появиться и раньше, но, скажем, 20 лет назад это никому бы не было интересно.

- Конечно. Нужно понимать, что хотя мы и ставили эксперимент с обрезком водопроводной трубы, но моделировали явления, происходящие в оптическом диапазоне с наночастицами.

- Возможности открываются колоссальные. Прежде всего для создания новых высоконелинейных материалов и устройств. Что это такое? В линейных материалах отклик пропорционален входящему сигналу. Все мы со школьной поры помним закон Гука: сила пропорциональна деформации. Это и есть линейный отклик. Но закон Гука справедлив, пока деформации малы. При больших деформациях он нарушается и возникают принципиально новые эффекты. То же и в электродинамике. При достаточно больших полях появляются принципиально новые эффекты. Например, на вещество падает излучение одной частоты, а выходит излучение другой. Сейчас в качестве таких преобразователей частоты применяются специальные кристаллы макроскопического размера. За счет использования нашего эффекта тот же результат можно получить на наночастицах.

Или, скажем, в биологии. Предположим, биолог хочет разрушить только определенную часть живой клетки, чтобы посмотреть, как это повлияет на клетку в целом. Что для этого нужно сделать? Таких миниатюрных скальпелей, чтобы осуществить эту операцию, не существует, а с помощью нашего эффекта добиться можно: достаточно ввести в клетку наночастицу и облучить всю клетку светом нужной частоты. За счет высокой концентрации электромагнитной энергии внутри частицы она сильно нагревается и может целиком испариться. Происходит “нановзрыв”, уничтожающий ту часть клетки, в которой находилась наночастица, тогда как остальная часть клетки останется неповрежденной. 

Согласитесь, заряжать мобильный телефон через розетку удобно далеко не всегда. А теперь представьте, что в вашем мобильнике установлена специальная антенна, устроенная по принципу нашей частицы - она собирает рассеянное в пространстве излучение и концентрирует энергию внутри себя. Тогда ваш мобильник сможет заряжаться и не будучи подключенным к розетке. Правда, это намного удобнее? 

- Да, безусловно. Оно даст толчок к созданию электроники и оптоэлектроники нового поколения, хотя и не сегодня, а скорее завтра или даже послезавтра. Это могут быть устройства для записи и передачи информации, миниатюрные компьютеры и микроскопы очень высокой степени разрешения. 

- Не мне судить: это может показать только время. Кто помнит, как расценивали появление первых персональных компьютеров в конце 70-х годов прошлого века? Наверное, с осторожностью, а сегодня, на мой взгляд, по важности влияния на человека это изобретение сравнимо с “приручением” огня первобытными людьми. Техническая революция продолжается. Человечество переходит в качественно новое состояние, и, надеюсь, наша работа - описанное нами явление - этому переходу чуть-чуть помогает. Всплеск интереса к открывающимся перспективам может произойти очень быстро. Тем более что технологии для практического применения явления есть уже сегодня. Ничего принципиально нового изобретать не надо. Нужны только интерес, желание и соответствующая конкретная идея. Обратите внимание, сегодня процессы освоения технических новшеств ускорились гигантски. Пример тому - наночастицы: говорить о них начали лет 20 назад, тогда их получали всего в нескольких лабораториях мира. А сегодня нанотехнологии, продукты, созданные на их основе, доступны всем, кто в них нуждается. Потому что есть спрос. Хотелось бы надеяться, что и описанное нами явление не ляжет на полку невостребованным.