НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Программы по нанотехнологии, Поддержанные ведущими министерствами и организациями

М. К. Роко, Дж. Мердэй[85]

Ниже предлагается обзор основных исследовательских и образовательных программ, которые считаются наиболее важными и перспективными феде­ральными министерствами и агентствами.

1. Министерство торговли (вместе с НИСТ). Нанотехнология имеет важное значение для решения основной задачи НИСТ — создания инфраструктуры США в области измерений и стандартов. Интересы НИСТ в нанотехнологии связаны с разработкой дешевых и общедоступных первичных стандартов, а также измерительных систем, обладающих атомной точностью. Основанные на достижениях нанотехнологии стандарты могут значительно повысить эф­фективность системы стандартов США и упростить существующие трудоем­кие процедуры оценки качества.

Американская промышленность в целом также весьма заинтересована в развитии нанотехнологии, которая уже продемонстрировала способность к созданию многих новых коммерческих продуктов (от дисковой памяти ком­пьютеров до косметических препаратов). Эти достижения обеспечили мно­гие нанотехнологические проекты, выполненные в рамках программы мини­стерства по новым технологиям, организованной НИСТ. В 1998 г. согласно этой программе было выделено около 8 млн. долл. на совместные проекты (НИСТ + промышленные фирмы) в области нанотехнологий.

В следующем десятилетии ожидается значительный прогресс в коммерциа­лизации нанотехнологических исследований, что потребует от НИСТ разра­ботки новых стандартов и методик измерения для промышленности и торгов­ли. Кроме того, НИСТ может использовать нанотехнологические подходы в различных направлениях своей деятельности (прежде всего в разработке систе­мы внутренних стандартов, основанных на операциях и измерениях, которые связаны с отдельными атомами, электронами и молекулами). Новые измери­тельные приборы и стандарты позволят НИСТ удовлетворить требованиям промышленности и следовать быстрому развитию техники.

Основные направления исследований, поддерживаемые Министерством торговли и НИСТ, связаны с развитием инфраструктуры измерений и стан­дартов, а также с изучением зарубежного опыта в этой области. В 2001 г. основными направлениями работ объявлены следующие: разработка нано­устройств и биосистем для измерений и калибровки на квантовом уровне; исследования по магнитным измерениям и стандартам; нанометрическая аттестация материалов; измерительные системы, методы и алгоритмы; ис­пользование нанотехнологических методик в измерительных системах и сис­теме стандартов.

2. Министерство обороны. Министерство заинтересовано в развитии новей­ших технологий, поддерживающих военное превосходство США. При прове­дении боевых операций решающее значение имеет быстрое получение полной и точной информации, поэтому министерство более других федеральных ве­домств заинтересовано в развитии электроники и материаловедения. Отчет ННФ по федеральному финансированию научно-исследовательских работ [4] показывает, что министерство в 1997 г. оплатило 64% федеральных расходов на исследования по электротехнике и электронике, 36% — по металлургии и ма­териаловедению и 55% — по всем видам машиностроения. Нанотехнологии способны обеспечить непрерывное быстрое развитие всех этих отраслей.

Развитие электроники и электрооптики создает основу для революционных преобразований систем получения, обработки, хранения и отображения ин­формации. Для Министерства обороны достижения нанонауки приведут к созданию централизованной сетевой системы ведения боевых действий (с по­мощью практически мгновенного сбора и распределения информации в гло­бальном масштабе) и расширению использования различных автоматических устройств боевого назначения (в 1999 г. была создана первая машина без эки­пажа для отслеживания хода боевых действий). Нанотехнологические устрой­ства позволят снизить потери личного состава, повысить качество военного оборудования и организовать более эффективное обучение военнослужащих (например, средства создания виртуальной реальности позволяют моделиро­вать боевые условия, не подвергая персонал и оборудование реальной физиче­ской опасности).

Исследования, связанные с получением, обработкой, хранением и отображе­нием информации, нацелены в первую очередь на решение следующих задач: увеличение быстродействия процессоров (уменьшение размеров приводит к по­вышению быстродействия); повышение плотности информации в памяти (1 те - рабит на 1 см2 носителя соответствует размеру элемента памяти 10 нм); создание более эффективной и менее энергоемкой электроники (сборка более сложных и многофункциональных устройств на одном чипе); создание датчиков на чипах (НЭМС, МЭМС/электронные устройства); развитие оптоэлектроники (гига-те - рагерцевая и многоспектральная техника, фотоника).

Современная армия использует сложные системы вооружения и транспор­тные средства, технические характеристики которых должны быть значитель­но выше, чем у их гражданских аналогов. Вследствие этого для сохранения преимущества в военной технике требуется постоянное повышение техниче­ских и эксплуатационных характеристик используемых материалов. Разработ­ка таких материалов нацелена на: увеличение срока службы и сохранение технических характеристик на протяжении всего периода эксплуатации (меха­низмы резрушения запускаются на нанометровом уровне); получение наност­руктурных материалов с новыми свойствами (с квантовыми и капиллярными эффектами); использование наноструктурного строения биологических мате­риалов.

Информация, оружие и транспорт представляют собой всего лишь техниче­ские средства, а военная победа определяется в конечном счете человеческими факторами. Поэтому особую роль приобретают методы управления и контро­ля, позволяющие повысить параметры психологического состояния персона­ла, снизить людские потери и обеспечить более эффективные действия воен­нослужащих даже в условиях применения химического или биологического оружия. В связи с этим важно решить следующие биоинженерные задачи: раз­работка методов химической и биологической защиты (существенную роль в детектировании поражающих агентов и защите от них играют вторичные и тре­тичные надмолекулярные структуры); развитие новых методов лечения ране­ных и ухода за ними (миниатюрные устройства контроля и воздействия, уст­ройства манипуляции белковыми структурами); развитие методов контроля за состоянием личного состава и его улучшения.

Министерство обороны включило нанотехногию в число шести направле­ний научно-технического развития, имеющих стратегическое значение. Науч­но-исследовательская программа министерства является децентрализованной, что позволяет эффективнее использовать ее результаты для военных целей. Каждый из четырех родов войск (воздушные силы, армия, флот и корпус мор­ской пехоты) имеет собственную базовую программу исследований, получаю­щую отдельное бюджетное финансирование. Эти программы осуществляются главным образом индивидуальными разработчиками в высших учебных заве­дениях. Кроме того, некоторые работы выполняются в собственных лаборато­риях указанных родов войск. В дополнение к этому существует программа DAPRA для поддержки перспективных исследований с высоким риском не­удачи, а также отдельная программа министерства для поддержки разработок, в которых заинтересованы все рода войск. Эти программы DARPA и МО выполняются большими группами, направлены на решение конкретных тех­нических задач и обеспечены долгосрочным финансированием (от 3 до 5 лет). В настоящее время в рамках указанных программ DARPA и МО осуществля­ются следующие проекты, связанные с нанотехнологией:

• DARPA: Ultra Electronics, '91-'99; Advanced Microelectronics, '97-'00; Molecular Level Printing, '98-'00; Virtual Integrated Prototyping, '97-'00; Molecular Electronics, '99-'00; Terahertz (QD), '99-'02; Advanced Lithography, indefinite.

• MURI (Multidisciplinary University Research Centers): Mesoscale Patterning for Smart Material Systems, ARMY, Princeton U., '94-'99; Materials and Processing at the Nanometer Scale, AF, USC, '95-'00; Nanoscale Devices and Novel Engineered Materials, AF, U. Florida, '95-'00; Cluster Engineered Materials, ARMY, Northwestern U., '97-'02; Photonic Bandgap Engineering, ARMY, UCLA, '96-'01; Quantum Structures for Thermoelectric Applications, NAVY, UCLA, '97-'02; S&T of Nanotube-based Materials and Devices, NAVY, UNC, '98-'03; Self-Assembled Semiconductors: Size/Distribution Control, AF,

USC, '98-'03; Computational Tools to Design/Optimize Nanodevices, AF, U. Minnesota, '98-'03; Engineering of Nanostructures and Devices, ARMY, Princeton U., '98-'03; Low - power High Performance Nanoelectronic Circuits, NAVY, Arizona State U., '98-'03; Science Base for Nanolithography, ARMY, U. New Mexico, '99-'04; Hybrid Molecular and Spin Semiconductors, ARMY, Purdue U„ '99-'04.

Развитие наноэлектроники и НЭМС потребует от министерства значитель­ных капиталовложений, поскольку в этом направлении исследования практи­чески только начинаются. Необходимо создать научную базу, найти новые подходы к получению наноструктур требуемого качества, изучить их физиче­ские и химические свойства, выявить физические принципы работы новых ус­тройств и разработать архитектуру новых систем. Для получения высококаче­ственных наноструктурных материалов нужно финансировать исследования по многим направлениям: изучение формирования нанокластеров, получение материалов с высокой удельной поверхностью (например, аэрогелей), измере­ние поверхностных характеристик, исследование физико-химических меха­низмов разрушения новых материалов (в частности, процессов, запускающих механизмы разрушения на наноуровне). Некоторые из упомянутых выше про­ектов могут финансироваться не из фондов Министерства обороны (напри­мер, проекты, относящиеся к военной медицине и контролю за состоянием личного состава, могут финансироваться медицинскими ведомствами), одна­ко министерство должно позаботиться о проведении дополнительных иссле­дований, связанных со специфически военными аспектами нанотехнологий (в частности, это относится к проектам по химической и биологической защите).

3. Министерство энергетики. Министерство заинтересовано в двух направ­лениях развития нанотехнологии. Во-первых, для решения его задач нужно знать общие принципы функционирования наноструктурных систем, и во - вторых, изучаемые нанотехнологические системы могут найти широкое при­менение во многих программах министерства (например, в проектах, связан­ных с обороной или переработкой отходов производства). Нанотехнологии связаны практически со всеми областями науки, которые основаны на методах как классической, так и квантовой механики. В роли наночастиц могут высту­пать вирусы, гены, частицы, структуры, нейроны, химические соединения, обычные твердотельные кристаллы, малые магниты и т. д. Нам еще предстоит многое узнать о технических возможностях нанообъектов и их физических ха­рактеристиках (теплоперенос, движение электронов, коллективные явления, ансамбли систем, регулирование поведения, влияние примесей и т. д.). Даль­нейшие исследования наносистем должны открыть новые перспективы в дея­тельности министерства. Можно ожидать, например, открытий в материалове­дении, которые приведут к глубоким изменениям во многих отраслях энерге­тики и экономики (электроника, использование солнечной энергии, «умные» материалы, конденсаторы сверхвысокой емкости, батареи, микрофильтры для химических процессов, обработка воды, очистка отходов).

Уже в программу по материаловедению Управления по фундаментальным исследованиям в энергетике были включены разработки, относящиеся к нано - структурным материалам, включая их теорию, компьютерное моделирование, изучение структуры и свойств, обработку и получение. Исследовались разно­образные материалы (нанотрубки, фуллерены, полупроводники, нанокристал­лы, магнитные преципитаты, квантовые точки, нанокластеры, магнитные частицы и структуры, получаемые самосборкой на органических шаблонах).

Техническая программа (значительно меньшая по объему, чем программа по материаловедению) определила план работ по методам регистрации и из­мерения наночастиц в воздухе, водной среде и на поверхности. Эти методы имеют большое значение для контроля загрязнения окружающей среды в ус­ловиях, когда в нее попадают большие количества наночастиц. В техническую программу входит также изучение электронного и теплового переноса, физи­ческих свойств наносистем и методов их изготовления (включая квантовые точки и наноэлектронные устройства). В технике нанотехнологии будут иметь большое значение для диагностики систем, изготовления роботов, дистанци­онного управления, создания накопителей информации, уменьшения разме­ров и удешевления производства систем, повышения их надежности, безопас­ности и т. д.

Из новых направлений нанотехнологии, связанных с химией, в научную программу министерства вошли исследования по катализу (кстати, в этой области химии малые частицы давно подвергаются тщательному изучению), разделению веществ, детектированию на молекулярном уровне и фотохимиче­скому преобразованию энергии. В наномасштабной химии можно сформули­ровать важную задачу о том, каким образом изменение масштаба и размеров влияет на связь между так называемыми коллигативными (объемными) и мо­лекулярными свойствами. Можно отметить, что роль нанотехнологий в науч­ной программе министерства постоянно возрастает.

4. Министерство транспорта. В транспортной системе можно найти много возможностей для применения нанотехнологических продуктов и процессов, таких, как наноструктурные покрытия, датчики в инфраструктуре и «умные» материалы. Министерство всегда уделяло большое внимание внедрению новых технологий, исходя прежде всего из конкретных потребностей мини­стерства, связанных с оперативностью работы, надежностью контроля и фи­нансовыми выгодами.

Министерство объединяет целый ряд административных управлений (Бе­реговая охрана США, Федеральное управление авиации, Федеральное управ­ление скоростных дорог, Федеральное управление железных дорог, Федераль­ное управление перевозок, Национальная служба безопасности движения, Управление научно-исследовательских и специальных программ), которые осуществляют свои собственные относительно краткосрочные и специализи­рованные программы и проекты. Однако если результаты каких-нибудь специ­ализированных нанотехнологических исследований будут иметь значения для всей транспортной системы, то министерство включит такие разработки в свои целевые программы.

Руководство министерства принимает меры по возможно более широкому использованию достижений нанотехнологии. Министерство участвует в работе

Комитета Национального совета по науке и технике (в составе которого дейст­вует IWGN) и его подкомитета по транспортным разработкам, которые коорди­нируют деятельность министерства и федерального правительства и способст­вуют внедрению достижений нанотехнологии в транспортную систему.

Области применения нанотехнологических разработок в транспортной системе включают: нанесение покрытий атомной толщины на металлические поверхности (для повышения прочности, увеличения коррозионной стойко­сти и снижения трения); получение материалов с заданными характеристика­ми, низкой стоимостью жизненного цикла, высоким отношением прочно­сть/вес и длительным сроком службы; проблемы аккумулирования энергии и топливные системы. Помимо этого, министерство заинтересовано в разработ­ке «умных» материалов (способных следить за собственным состоянием и фун­кционированием) и систем или подсистем с такими материалами. Успехи в этом направлении позволят создать широкий набор нано - и микродатчиков, удобных для микропроцессорного управления.

5. НАСА. Особое значение НАСА придает проблемам миниатюризации и повышения функциональности. Программы, связанные с международной оби­таемой станцией и полетами к Марсу, включают много конкретных разработок микро - и нанотехнологий, относящихся к процессам получения и обработки новых материалов. Общие цели исследований НАСА — создание условий для работы людей в космосе или на других планетах, улучшение характеристик и снижение стоимости используемого оборудования, сохранение здоровья и под­держание работоспособности экипажа. За разработки в этих направлениях группа из 11 ученых в Национальном центре НАСА им. Эймса недавно получи­ла премию Фейнмана по молекулярной нанотехнологии от Института прогно­зов. Для решения поставленных задач НАСА и ННФ организуют конференции по проблемам нанотехнологии, биомедицинской техники и биоинженерии. НАСА выполняет следующие программы в области нанотехнологий:

• Технологии изготовления наноматериалов и наноустройств. Развитие ме­тодов быстрого макетирования (на основе стереолитографии и техники осаждения из расплава) для изготовления макетов и рабочих моделей, включая использование нанотрубок. Разработка методов получения компо­зиционных материалов с улучшенными характеристиками на основе ори­ентирования и намотки волокон, ламинирования и литьевого прессования пластмасс. Разработка методов изготовления миниатюрных механических деталей и электронных узлов. Внедрение микро - и нанотехнологий в произ­водство деталей и компонентов.

• Разработка методов получения однослойных углеродных нанотрубок для различных целей (структурное упрочнение материалов, электроника, маг­нитные материалы, смазка, оптические устройства, химические и биологи­ческие датчики).

Другие краткосрочные проекты НАСА относятся к внедрению новых тех­нологий в микроэлектронную промышленность. НАСА стремится создать «умные» автономные устройства, способные «говорить», чувствовать, общать­ся и взаимодействовать с сетевыми системами, что позволит значительно рас­ширить границы обычного человеческого восприятия. Такие устройства смо­гут в будущем автоматически контролировать состояние организма человека и при необходимости даже осуществлять лечение. Все эти технологии могут най­ти применение в различных областях (медицина, экология, оборона и т. д.).

Во всех этих областях возможно применение (но только ограниченное) су­ществующих технологий, однако лучшие из существующих или создаваемых устройств уступают образцам, созданным природой. Например, эффектив­ность преобразования энергии в процессах фотосинтеза в растениях значи­тельно выше, чем в процессах, изобретенных человеком. Нервная система даже простых пресмыкающихся намного сложнее компьютерной системы уп­равления роботами. Биологические сенсоры живых существ (например, нос собаки или уши летучей мыши) по чувствительности во много раз превосхо­дят датчики, созданные в лабораториях. Не стоит и говорить, что не создано устройство обработки информации, по всем параметрам превосходящее мозг человека.

В ближайшие десятилетия будут тщательно исследованы самые тонкие и изощренные «изобретения» природы. Будут созданы устройства, близкие к биологическим образцам, что потребует принципиально новых методов и ма­териалов. Методология создания таких устройств должна представлять собой комбинацию методов молекулярной биологии, материаловедения, электрохи­мии и химии полимеров. В результате объединения методов разных наук дол­жны проявиться эффекты синергизма, которые мы не можем пока оценить. Будущие наноустройства, благодаря своим малым размерам, сложному строе­нию и молекулярной точности изготовления, будут намного совершеннее существующих изделий, получаемых на основе привычных «монокристалли­ческих» технологий. Применение новых методов приведет к развитию и усиле­нию наших природных способностей и позволит человечеству изучить Сол­нечную систему и межзвездное пространство.

6. Национальный институт здоровья. Поскольку нанотехнология тесно свя­зана с биологией и медициной (нанобиотехнология), институт в настоящее время поддерживает нанотехнологические исследования по многим направле­ниям; некоторые из них перечислены ниже:

• Создание ДНК-решеток, которые могут сами объединяться в планируемые двухмерные структуры. Такие решетки составлены из жестких участков (ти­па «плиток» площадью около 60 нм2), образованных антипараллельными нитями ДНК, сшитыми двойными поперечными связями, что позволяет получать систему связей, аналогичную той, которая образуется при мейозе (редукционном делении) клеток. Общая структура и периодичность участ­ков ДНК точно регулируются аминокислотными последовательностями, что приводит к формированию специфических решеток с заданной струк­турой и свойствами на нанометровом уровне. Такие разработки могут в принципе привести к созданию ДНК-кристаллов заданного типа и их использованию в качестве «клеточного каркаса» для кристаллизации мак­ромолекул, получения новых катализаторов, молекулярных сит, а также ус­тройств молекулярной электроники или биочипов для будущих ДНК-ком­пьютеров.

• Разработка методик, позволяющих повысить разрешающую способность и снизить затраты времени и средств на операции секвенирования нуклеино­вых кислот.

• Исследование принципов самосборки на различных «уровнях размерно­сти» и связанных с ней процессов формирования границ раздела различных материалов (например, образования зубной эмали и костной ткани).

• Разработка методов переноса лекарственных препаратов с использованием нанотрубок и наносфер и колориметрического метода детектирования по - линуклеотидов.

• Разработка биодатчиков для регистрации одно - и многослойных молеку­лярных «сборок».

• Изучение строения внутриклеточных белковых «моторов», преобразующих химическую энергию в механическую и наоборот.

• Использование нанометровых структур для создания наноструктурных матриц и нанокомпозиционных материалов.

• Разработка новых методов и приборов (типа атомно-силовых микроско­пов), позволяющих визуализировать и изучать клеточные наноструктуры, в частности соединения белок-ДНК и клеточные органеллы.

Проекты по нанотехнологиям включены в многие программы Националь­ного института здоровья, однако в настоящее время не планируется проведе­ния каких-либо отдельных целевых программ.

7. ННФ. Фундаментальные исследования и образовательные программы ННФ в области нанотехнологий включают следующие направления:

• Проведение фундаментальных исследований явлений и процессов в нано - метровом масштабе, в особенности тех, которые относятся одновременно к многим научным дисциплинам (физика, химия, биология и техника); изу­чение методов синтеза, обработки и сборки наноструктур; модели и моде­лирование в нанометровом масштабе; конструирование материалов с заданными свойствами; изучение функциональных особенностей нано­структур; поведение наноразмерных биосистем.

• Создание согласованной инфраструктуры для нанонауки, техники, техноло­гии и подготовки персонала, а также для обеспечения сотрудничества между исследовательскими организациями и промышленными компаниями.

• Создание новых условий и форм обучения, а также разработка учебных программ, охватывающих одновременно многие разделы физики, матема­тики, химии, биологии и техники.

ННФ осуществил и проводит следующие программы в области нанотех­нологий:

• Программы по нанонауке и нанотехнологии в отдельных дисциплинах (фи­зика, технические науки, биология, вычислительные и информационные системы и т. д.).

• Программа по перспективным материалам (1988—1994 гг.), которая вклю­чала исследования по наноструктурам, молекулярной самосборке и нано - химии.

• Программапо изучению ультрадисперсных частиц (1991—1998 гг.), включа­ющая исследования синтеза и обработки наночастиц в больших объемах.

• Создание описанной выше Национальной сети для разработчиков нано­технологий, нацеленной (в первые четыре года) только на развитие элект­роники и микроэлектромеханических систем. В настоящее время сеть расширена и нацелена исключительно на развитие нанотехнологии (сеть организована в 1994 г., в 1998 г. принята программа на следующие четыре года).

• Создание «Распределенного центра по новым методам моделирования в электронике», выполняющего работы по моделированию в наноэлектрони - ке, с руководством в Иллинойском университете.

• Финансирование других центров: научно-технические центры в Калифор­нийском университете в Санта-Барбаре (программа QUEST, 1989-) и Кор - неллском университете (программа по нанобиотехнологии, 1999- ); сеть центров по материаловедению MRSEC (объединяющая Висконсинский университет в Мадисоне, Университет Джона Гопкинса и Кентуккский университет); технический центр ERC в Иллинойском университете; объ­единенные исследовательские центры (университеты+промышленность), включая Центр по исследованию частиц в Пенсильванском университете.

• Программа NANO-95, целью которой является разработка измерительной аппаратуры в области нанотехнологии.

• Финансирование и поддержка центров образования, сотрудничества и ста­жировки молодых ученых в Европе и Японии. Центры связаны со Стэнфор - дским, Южнокаролинским, Корнеллским, Калифорнийским (Санта-Бар- бара) и Пенсильванским университетами. Поддерживаются программы по созданию новых учебных курсов.

• Программа «Партнерство в нанотехнологиях: функциональные нанострук­туры» (NSF, 98—20), согласно которой финансируются небольшие группы исследователей в области функциональных наноструктур. Программа включает совместные работы с другими организациями, национальными лабораториями и фирмами. Она связана с междисциплинарными проекта­ми, выполняемыми малыми группами, причем каждый университет мог по­дать не более двух заявок. На конкурс было представлено 178 проектов, 24 из которых получили субсидии (общая сумма 13 млн. долл.). 25% проектов относились к программе GOALI, 37% являлись международными, а 37% — получали прямую финансовую поддержку и от других организаций. Субси­дии на проекты были выданы по 14 отделениям ННФ. Программа значи­тельно укрепила сотрудничество между программами ННФ и других фи­нансирующих организаций.

• Программа передачи технологий малому бизнесу (STTR), включающая Со­глашение по нанотехнологиям (июль, 1998 г.), в соответствии с которым в 1999 г. были выделены премии.

• Поощрение сотрудничества между высшими учебными заведениями и про­мышленными компаниями в рамках программы GOALI (Grant Opportuni­ties for Academic Liaison with Industry).

• Выделение бюджетных средств на нанонауку и нанотехнологию в 1998/99 гг. (75 млн. долл. в 1998 г. и 90 млн. долл. в 1999 г., что составляет около 3% об­щих расходов ННФ на научные исследования).

• Программа «Исследование нанометровых биосистем» (NSF 99—109), наце­ленная на осуществление дорогих пионерных исследований биосистем и систем с биологическими компонентами.

К приоритетным направлениям будущих исследований относятся следую­щие: изучение новых эффектов, свойств и процессов; развитие биомедицин­ских, биосинтетических и бионаноструктурных методик; теория и моделирова­ние процессов синтеза и поведения кластеров; получение многофункциональ­ных адаптивных наноструктур; разработка новых, быстрых, экономически выгодных и крупномасштабных производственных процессов; поиск новых свя­зей с другими науками и технологиями.

Рассматриваются также проекты, связанные с: нанобиотехнологией (био­системы, биомиметика, композиты), изучением поверхностей раздела на на - нометровом уровне (процессы с малыми пространственными и большими временными масштабами, функционирование поверхностей раздела между биоструктурами, неорганическими структурами и их комбинациями); по­иском новых парадигм синтеза, производства и использования наноструктур (конструирование, квантовые эффекты); развитием новых принципов вычис­лительной техники (квантовые компьютеры, ДНК-компьютеры и т. д.); объ­единением систем и архитектур на наноуровне (объединение наноустройств с устройствами других масштабов, модели и моделирование с использованием разномасштабных объектов при одновременном рассмотрении многих эф­фектов).

Подчеркнем в заключение некоторые общие приоритеты НИОКР в нано­технологии:

• Создание обширной программы развития нанонауки, объединяющей дея­тельность высших учебных заведений, промышленных организаций и на­циональных лабораторий. Очень важно сформировать научное сообщество, нацеленное на решение проблем нанонауки и нанотехнологии, а также обеспечить постоянную поддержку этому сообществу до тех пор, пока оно не будет способно к самостоятельному развитию.

• Создание механизмов, позволяющих постепенно заполнить разрыв между физико-математическими и биологическими науками.

• Активное вовлечение крупных компаний к участию в программах, финан­сируемых федеральным правительством. Без участия крупных фирм и ком­паний технологические программы по наноэлектронике могут застрять на стадии планирования производства и определения целевых продуктов.

• Разработка стратегии неформального сотрудничества в научно-техниче­ских исследованиях, проводимых различными федеральными агентствами под общим руководством ННФ.

• Организация серии докладов в Конгрессе США и Бюро по управлению и бюджету с целью информирования законодателей о прогрессе и проблемах в области нанотехнологий, с тем чтобы высшее руководство страны имело ясное представление о состоянии дел в этой области.

• Обеспечение быстрого финансирования (например, с помощью целевых программ) тех направлений нанотехнологии, которые важны для коммер­ческого производства.

• Активное информирование общественности (с использованием федераль­ных программ) о ценности нанотехнологических исследований и их воз­можной или мнимой опасности.