Сегодня, изменяя тонкими технологическими методами физические свойства микроскопических участков полупроводника и формируя таким образом невидимые глазу детали, создают интегральные электронные схемы, где в кристалле размером с клеточку арифметической тетради размещаются десятки и даже сотни тысяч сложным образом соединенных элементов. Сейчас это элементы микронных размеров, но уже идет речь о субмикронной технике. Один из движущих прогресс факторов — увеличение быстродействия электронных устройств, в частности вычислительных, ведь работать приходится со все более кратковременными сигналами. Но даже такой рекордно быстрый переносчик информации, как электрический сигнал, распространяющийся со скоростью света, начинает запаздывать, если не уменьшить расстояние, которое он должен пройти внутри элемента. Например, есть приборы, где циркулируют импульсы длительностью порядка 10—20 пикосекунд. Двигаясь со скоростью света, они за время своего существования проходят расстояние всего в 3—6 миллиметров; значит, размеры прибора должны быть еще меньше, если мы не хотим мириться с запаздыванием сигнала, соизмеримым с его длительностью.
Дальнейшее уменьшение размеров интегральных схем требует радикального обновления технологии и в то же время решения ряда серьезных, чисто физических проблем. Электроника постепенно движется к ангстремным масштабам деталей схемы, а возможно, и к молекулярным структурам, чем-то уже напоминающим структуры биологические, сохраняя при этом одно из главных своих достоинств — технологичное массовое автоматизированное производство сложнейших электронных блоков.
Из физики твердого тела выделяется сейчас важное самостоятельное направление фундаментальных и прикладных исследований — физика поверхности. Уже довольно давно изучены объемные свойства кристаллов, аморфных твердых тел, жидкостей, а сейчас мы подошли к изучению свойств, как принято говорить, чистой поверхности. В значительной мере эта возможность определилась успехами научного приборостроения. Появились приборы с разрешающей способностью порядка ангстрема, и теперь можно видеть, как на поверхности тела распределены входящие в него химические элементы. Можно, например, видеть, как та или иная молекула «садится» на поверхность катализатора, каким образом с ним соединяется; можно в деталях видеть, как происходит коррозия, как между зернами металла просачиваются те или иные вещества — и те, что разрушают металл, и те, что защищают его.
При этом обнаруживаются удивительные вещи. Выясняется, что коррозионную стойкость металла могут резко повысить ничтожные количества некоторого вещества, в сто раз меньшие, чем нужно, чтобы покрыть всю поверхность металла мономолекулярным слоем этого вещества. Есть основания полагать, что глубокое понимание процессов, происходящих на поверхности, может открыть новые возможности для многих областей техники и технологии, в том числе химической.
Еще одна область физики, которая произведет, и даже уже производит, революционные преобразования в технике, — это квантовая электроника. Ее наиболее известное детище — лазер — дает мощный и концентрированный поток электромагнитного излучения, в частности, в оптическом или инфракрасном диапазоне. Лазерный луч — переносчик энергии. И в этом своем качестве может делать много разных полезных дел: плавить или сваривать металл, закаливать его поверхность, резать, нагревать, сверлить отверстия и т. п. Однако от всех других инструментов энергетического воздействия на вещество лазерный луч отличается тем, что энергия в нем находится в особо упорядоченном состоянии, в виде когерентного (согласованного) монохромного (одночастотного) излучения. С этим связаны специфические механизмы взаимодействия лазерного луча с веществом и некоторые не воспроизводимые иными способами эффекты. Здесь хочется провести такое сравнение, может быть, не очень точное, но зато образное: воздействие лазерного луча можно сравнить с музыкой, с определенным образом упорядоченными звуковыми волнами, которые в отличие от скрежета и шума совершенно по-особому действуют на человека.
Физика в наступлении
Направляя лазерный луч на вещество, можно изменять свойства этого вещества, например, получать новую структуру поверхности, значительно более твердую, а часто иного химического состава: за малое время, в течение которого лазерный луч расплавляет тончайший поверхностный слой, не успевают пройти процессы сегрегации, процессы разделения фаз, не успевают вырасти кристаллические зерна. Лазерной обработкой удавалось, в частности, получать поверхностный слой металла не в кристаллическом, а в стеклообразном, аморфном состоянии, а такая поверхность устойчива к коррозии, обычно распространяющейся по границам зерен.