сами сканирующие туннельные микроскопы были, конечно, высшим на тот момент достижением технической мысли, но, с другой стороны, техникой “сырой” и далекой от совершенства. Вот ее совершенствованием применительно к своей задаче и занялся Эйглер, особенно напирая на виброизоляцию и термостатирование.
На доводку прибора ушло три года напряженного труда. Каково же было разочарование Эйглера, когда даже на созданном им “идеальном” приборе он не смог получить стабильной картинки, одно изображение переходило в другое. И дело тут было не в самопроизвольном перемещении атомов – дрожала проклятая иголка! Но в одну прекрасную ночь, когда вокруг не было топающих и разговаривающих коллег, а по улицам не ездили автомобили, Эйглер вдруг заметил, что перемещение атомов на картинке совпадает с направлением отклонения иглы. После этого озарения потребовались считаные часы, чтобы выяснить, как можно управлять перемещением атомов, варьируя удаление кончика иглы от поверхности, подаваемое напряжение и величину туннельного тока.
Оказалось, что лучшее изображение атома ксенона получается, если иголка находится на расстоянии чуть большем 0,2 нм от атома, что приблизительно соответствует размеру самого атома. Если же это расстояние становится меньшим, то игла вступает во взаимодействие с атомом, одновременно ослабляя его взаимодействие с поверхностью. “Зацепив” таким образом атом и поддерживая постоянным оптимальный промежуток, атом можно перетащить на некоторое расстояние и поставить в определенное место.
Эйглер завершил свои ночные штудии созданием композиции из 35 атомов ксенона на поверхности кристалла никеля, восславив в ней название фирмы, которая три года терпеливо ждала результатов его изысканий, – IBM.
Эта фотография была опубликована в 1989 году, но вплоть до середины 1990-х годов никто не мог воспроизвести результаты Эйглера по той простой причине, что ни в одной лаборатории мира не было столь совершенного прибора. Лишь с развитием техники сканирующих зондовых микроскопов исследования в этой области посыпались как из рога изобилия. Исследователи научились манипулировать не только отдельными атомами, но и молекулами, что в большинстве случаев даже сложнее из-за их более прочного связывания с поверхностью.
Открытие этих неожиданных свойств зондовых микроскопов настолько поразило современников, что стало символом наступающей эпохи нанотехнологий и надолго затмило все остальные достижения физики, химии и молекулярной биологии в этой области. Эйглер подарил нам атомный конструктор и продемонстрировал возможность сборки из атомов различных структур. Это отвечало самым смелым мечтам ученых и, в еще большей степени, людей, от науки далеких. Ведь, в конце концов, Природа собрала весь этот мир из атомов, родившихся в результате Большого взрыва. Вот и мы – не хуже! Мы тоже будем собирать из атомов все, что нам нужно.
Интересно, что сам Дон Эйглер высказывается о перспективах атомного конструктора очень осторожно: может быть, когда-нибудь, для некоторых специальных задач. Одной из таких задач он занимается сейчас в IBM. Речь идет о поиске новых способов выполнения вычислительных операций, связанных, в частности, с использованием свойств единичных атомов и молекул их взаимодействий. Будем надеяться, что когда-нибудь это приведет к созданию нового поколения компьютеров.
В чем Эйглер не сомневается, так это в огромном потенциале нанотехнологий, понимаемых в самом широком смысле, в том, что уже в обозримом будущем они изменят нашу жизнь, и изменят к лучшему. Согласимся с ним, но с маленькой оговоркой: уже меняют.Глава 12 Символ нанотехнологий
Он родился в небольшом городке в американском штате Огайо ровно за год до высадки союзников в Нормандии. По настоянию матери его назвали Ричардом в честь ее любимого английского короля-крестоносца. Она хотела, чтобы у сына было такое же львиное сердце. Мальчик оправдал ее надежды, он был упорен в поиске своего Священного Грааля и не истов в отстаивании идей, в которые верил. А верил он в Бога, науку, нанотехнологии и светлое будущее. Как и его древний тезка, он слишком рано ушел из жизни. Сраженный смертельным недугом, он мужественно боролся с ним и до конца своих дней выполнял возложенную на него высокую миссию, не уставая призывать молодых людей: “Будьте учеными, спасайте мир”. И звали его Ричард Смолли.
Семья была хорошо обеспеченной и интеллигентной – счастливое сочетание, жаль, что редкое.
Когда Ричард немного подрос, его мать продолжила образование в колледже, так что мальчик уже тогда начал приобщаться к физике и биологии, сидя на коленях матери и слушая ее дискуссии с однокурсниками. У его матери вообще был чрезвычайно широкий круг интересов – музыка, рисование, скульптура, архитектура и, конечно, история с литературой, любовь ко всему этому она привила и сыну. От отца Ричард научился конструировать разные механические и электрические устройства, а также умению четко планировать свою деятельность и доводить начатое дело до конца. Решение стать ученым он принял после успешного запуска первого спутника в 1957 году – это событие действительно поразило и подвигло к занятиям наукой очень многих как в нашей стране, так и в США. Но выбрал Ричард не космонавтику с физикой, а химию. Сказалось влияние младшей сестры матери, Сары Роудс, одной из первых женщин – профессоров химии в США. В летние школьные каникулы она пригласила Ричарда поработать в ее лаборатории органической химии в Университете Вайоминга, и это решило дело.
После окончания школы Смолли поступил в Хоуп-колледж в Мичигане. Название колледжа следует понимать в самом прямом смысле: hope – надежда. Которая на Бога. В колледже царила довольно строгая христианская атмосфера с обязательным присутствием на церковных службах. Возможно, здесь лежат истоки обращения Смолли к религии в последние годы жизни. В свободомыслящей Америке вообще не поощряются открытые проявления атеизма, здесь принято демонстрировать веру в Господа, к которому апеллируют по любому поводу. Вот и долларовые купюры постоянно напоминают: “In God we trust”. Но Смолли демонстрировал свою приверженность к религии как-то уж чересчур даже для Америки, тем более для научного сообщества. Впрочем, вера Смолли была не такой ортодоксальной, как у Майкла Фарадея. Он не принимал как безусловную истину каждое библейское слово: Земля, естественно, была создана не семь с половиной тысяч лет назад, а несколько миллиардов лет назад, но создана все же Богом. Он же создал Вселенную с параметрами, предопределившими появление на Земле человека – венца творения. В общем, такой специальный вариант креационизма, который оставляет место эволюции и согласуется с большей частью научных данных.
Но все это было много позже. Проведя около двух лет в Хоуп-колледже, Смолли перевелся в Мичиганский университет в Энн-Арборе, где получил степень бакалавра химии в 1965 году. Перед Смолли была открыта дорога к магистерской диссертации, но он принял неординарное решение – пошел работать в промышленность. По его собственным воспоминаниям, он хотел немного пожить в “реальном” мире, чтобы осмотреться и понять, что же он хочет делать в науке. Смолли проработал два года в отделе контроля качества продукции на заводе компании “Shell” в Нью-Джерси, производящем полипропилен и различные изделия из него, а затем перебрался в подразделение, занимавшееся разработкой методов аналитического контроля.
Смолли очень тепло вспоминал об этих годах, говоря, что это было “живое” дело и он очень многому научился. Тем не менее в начале 1968 года он дозрел до мысли, что пора продолжить образование. Это стремление окрепло после женитьбы на очаровательной девушке – секретаре в компании “Shell”. У нас в стране все сейчас происходит наоборот: стоит молодому человеку жениться, как он бросает занятия наукой и переходит на какую-нибудь фирму, где платят существенно больше. Впрочем, есть между нашими странами и много общего. Так, летом 1968 года правительство США отменило для студентов отсрочку по призыву в армию, который тогда практически неизбежно приводил к отправке во Вьетнам. Для работавших на производстве отсрочка сохранялась, так что Смолли благоразумно решил немного повременить с возвращением в университет.
Лишь в конце 1969 года Смолли с женой и новорожденным сыном перебирается в Принстон. К своему главному открытию он приближался методично, географически и идейно. В магистратуре и аспирантуре Смолли занимался микроволновой спектроскопией чистых и смешанных молекулярных кристаллов при температуре жидкого гелия. Постдоковскую стажировку проходил в Чикагском университете, где объектом исследований стали уже газы. Их охлаждение до температур, близких к абсолютному нулю, достигалось за счет сверхзвукового расширения, а для получения спектров применяли новейшее достижение того времени – перестраиваемые лазеры на красителях. Все это требовало создания сложнейших экспериментальных установок, в этом Смолли проявил себя истинным виртуозом. Разработанные методы позволили получать информацию о характеристиках многоатомных молекул с такой степенью точности, которая была доступна ранее только для атомов и двухатомных молекул. Это был переворот в молекулярной физике, понятный и интересный, впрочем, только узким специалистам. И уже тогда были обнаружены совершенно необычные соединения, например, пары, состоящие из атома натрия и атома аргона, то, чего не может быть согласно “школьной” химии.
В 1976 году Смолли получает место ассистента-профессора химии, физики и астрономии на химическом факультете Университета Райса в Хьюстоне и перебирается в Техас.
