Впервые такую структуру обнаружили с помощью электронного микроскопа американские исследователи в 1998 году, когда изучали материал, полученный при лазерном испарении графита при наличии металлических катализаторов. На снимках они увидели нечто вроде рентгенограмм горохового стручка, трубка которого заполнена горошинами-фуллеренами. В специальной литературе такие наноструктуры вскоре стали называть «углеродными пиподами»; peapods в переводе с английского — горошины в стручках.

Фуллерены внутри нанотрубок при малом увеличении и не рассмотришь…

Новый объект, конечно же, поставил перед учеными новые вопросы. Как наладить технологию получения пиподов? Все ли фуллерены и трубки могут образовывать такие формы? Можно ли делать из пиподов что-нибудь полезное?..

Ответить на эти и другие подобные им вопросы попытались профессор Али Яздани и его студент Даниэль Хамбакер из Университета Иллинойса, профессор Дэвид Луззи и его группа из Университета Пенсильвании и некоторые другие исследователи. Благодаря предварительной теории пиподов, предложенной профессором физики Еуджином Мейлом совместно с иллинойской группой исследователей, вскоре стало понятно, что наибольший научный и практический интерес представляют те материалы, которые имеют постоянные характеристики. А вот пиподы, полученные 8 первых экспериментах, стандартам не отвечали. Все дело в том, что количество «горошин» в «стручках» было различным. Зачастую они заполняли всего лишь 5 — 10 % пространства нанотрубок, располагались по принципу «то густо, то пусто». Кроме того, в одной трубке могли оказаться «горошины» разных размеров. В общем, прежде чем изучать пиподы, находить им практическое применение, требовалось наладить такие методы их синтеза, при которых бы трубки одного диаметра заполнялись стандартным количеством фуллеренов одного типа и размера.

Довольно скоро выяснилось, что лучше всего для производства пиподов подходят нанотрубки диаметром от 1,3 до 1,5 нм. Если диаметр трубки меньше, то шарики-фуллерены в ней деформируются. В чересчур же больших трубках шарики не размещаются по центру, прилипают к стенкам, что опять-таки сказывается на качестве пипода.

Модель идеального пипода — это цепь фуллеренов [С60]°°, то есть шарики, имеющие по 60 атомов углерода, которые расположены по оси цилиндрической углеродной трубки бесконечной длины. Расстояние между центрами соседних фуллеренов составляет около 0,97 нм, а расстояние между фуллереном и стенкой трубки — 0,35 нм.

Впрочем, внутри трубок могут помещаться и более крупные фуллерены, не обязательно имеющие строго сферическую форму. При нагревании до температуры выше 800 °C, соседние фуллерены могут слипаться, образуя димеры, тримеры, а затем превращаются в вытянутые нанокапсулы и трубчатые фрагменты цилиндрической формы. Когда температура достигает 1200 °C, отдельные фуллерены практически полностью исчезают, а пипод превращается в коаксиальную трубку — две углеродные трубки, вложенные одна в другую.

Таких превращений технологи добиваются при облучении нанотрубок лазером или электронным пучком, в присутствии металлических катализаторов (например, калия). При этом, как выяснилось, слипание фуллеренов происходит только внутри трубки-стручка, которая служит своего рода нанореактором. А это, в свою очередь, наводит на мысль, что подобным образом можно изготовлять, скажем, нанокабели — тончайшие проводники, расположенные внутри изолирующей оболочки.

Словом, пиподы на сегодняшний день — весьма перспективные структуры для наноэлектроники, производства нанодиодов, транзисторов, логических схем…

И список этот еще далеко не закрыт…

В.ЧЕТВЕРГОВ

По аналогии с биологическим термином in vitro, что в переводе с латыни означает «в стекле», опыты с новой жизнью получили название in silico, то есть «в силициуме», в кремнии, который, как известно, является основой многих элементов микроэлектроники. Основателем нового научного направления считают Кристофера Гейла Лэнгстона, который начиная с 80-х годов XX века вел опыты по компьютерному моделированию в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Прежде чем Лэнгстона приняли в столь престижное научное учреждение, ему пришлось пережить немало приключений. В детстве и юности он производил на окружающих впечатление человека, как говорится, не от мира сего. Обычному времяпрепровождению он предпочитал сидение у компьютера.

Поступив в университет Аризоны, Лэнгстон продолжал свои занятия и вскоре нащупал тему, которая стала делом всей его жизни. Тут стоит сказать доброе слово об известном кибернетике Джоне фон Неймане. Когда молодой компьютерщик пришел к нему, великий ученый не только нашел время выслушать молодого энтузиаста, но и благословил на продолжение исследований по воссозданию в недрах компьютера жизни. Со временем примитивные картинки на экране дисплея, с которыми начинал работать Лэнгстон, превратились в неких псевдосуществ, которые помогают понять, не только как работают законы эволюции, но и как зародилась жизнь на нашей планете.

Подобно богам, ученые порождают новые, на сей раз виртуальные миры — населяют их искусственными организмами и наблюдают за тем, с какой изобретательностью их творения борются за выживание, пресекая любые происки конкурентов.

Именно таким образом Эндрю Парджеллис, исследователь из лаборатории Белла, сделал новый шаг в моделировании эволюционных процессов. Он доказал, что искусственная жизнь может, в принципе, зародиться сама собой — без участия творца.

Все опять-таки началось с «безумной идеи»: Эндрю вбил себе в голову, что программа, которая путем копирования транслирует себя с одного участка памяти компьютера на другой, отвечает важнейшему критерию, по какому мы отличаем живую материю от неживой — она размножается. И Парджеллису захотелось узнать, не может ли подобная, то есть наделенная репродуктивной способностью, программа возникнуть совершенно спонтанно?

Тогда он решил смоделировать процесс зарождения жизни на Земле. Ведь, как полагают, жизнь на нашей планете возникла около 4 млрд. лет назад из так называемого «первородного бульона» — смеси аминокислот.

Свой цифровой «бульон» Парджеллис создал собственноручно. Но когда смесь из двух десятков команд, которые как бы соответствовали 20 аминокислотам, содержащимся в «первородном бульоне», были заложены в компьютер, процесс пошел как бы сам собой. Теперь над составлением программы трудился Его Величество Случай. По всему объему памяти ЭВМ беспрестанно пробегали цепочки команд. Время от времени операционная система «освежала память»: выбраковывала старые программы и заменяла их новыми. Кроме того, операционная система моделировала мутации, то есть случайные изменения кода программы.

Хитрости эволюции и впрямь принесли свои плоды. Из безжизненного программного кода зародилась цепочка команд, которая размножалась словно живой организм и очень быстро заполняла своими отпрысками все свободные участки памяти. Следующий шаг в познании законов компьютерной жизни сделал не столь давно Томас Рэй, работающий над подобной проблемой в Гарвардском университете. Подобно своим коллегам, он заинтересовался «искусственной жизнью» еще во время учебы в университете.