• Наноструктуры, новые явления и управление квантовыми процессами. Исследования по этому разделу связаны с изучением новых эффектов и свойств материалов в нанометрическом масштабе, включая фундаментальные физические и химические явления, а также с разработкой аппаратуры, необходимой для экспериментальных работ и методик синтеза. В этом направлении особый интерес представляют проекты, нацеленные на преодоление факторов, препятствующих миниатюризации устройств до нанометрических размеров. Область возможной коммерциализации и применения проектов этой группы очень широка и охватывает важнейшие направления развития. К этой группе относятся: молекулярная электроника, наноструктурные катализаторы, новые лекарственные препараты, квантовые компьютеры, расчеты ДНК-структур, разработка чипов с очень высокой степенью интеграции, создание и двух– и трехмерных наноструктур заданной формы, наномасштабная гидродинамика (флюидика), биофотоника, обработка поверхности, процессы смазки наноповерхностей и т. д.
• Наноустройства и архитектура систем. К этой группе относятся разработки новых устройств и аппаратуры для сборки, обработки и изготовления нанообъектов, а также для любых других манипуляций, связанных с изменениями масштабов и размеров. Кроме того, к данной группе причисляют многие побочные проекты, связанные с обработкой наноструктур: теория проектирования и архитектуры нанообъектов, специализированное программное обеспечение, создание автоматических систем сборки систем из большого числа разнообразных нанообъектов. В далекой перспективе можно мечтать о создании «умных» систем, способных самостоятельно не только собирать и анализировать информацию, но и адекватно реагировать на нее.
• Наномасштабные процессы в окружающей среде. Исследования в этом направлении нацелены на понимание роли наноструктур и нанопроцессов в окружающем нас мире (от ядра Земли до верхних слоев атмосферы). Особый интерес вызывает изучение происхождения, распределения и состава множества наноструктур, естественным образом возникающих в природе под воздействием самых разнообразных физико-химических условий. Очень важным является изучение наномасштабных взаимодействий на различных поверхностях (органические и неорганические твердые тела, жидкости и газы, живые и неживые системы). Типичными темами проектов этого раздела являются исследования процессов биоминерализации наноструктур, молекулярного связывания на поверхностях минералов, переноса ультрадисперсных частиц в коллоидах и аэрозолях, изменения пылевых частиц в межпланетном пространстве. Изучение таких систем не только помогает лучше понять молекулярные процессы в окружающем нас мире, но и обещает помочь в будущем выработать более действенные методы борьбы с загрязнением окружающей среды, развить новые методики очистки воды, создать экологические чистые источники энергии (например, на основе искусственного фотосинтеза) и биотехнологические производства, понять роль микробов в геологических процессах взаимодействия поверхности минералов с водой и воздухом и т. д.
• Теория многомасштабных и комплексных явлений, моделирование нанопроцессов. Развитие нанотехнологий связано с изучением множества новых часто непонятных объектов, устройств и процессов, что требует не только создания новых приборов и инструментальной базы исследований, но и разработки принципиально новых теоретических подходов, включая программное обеспечение для крупномасштабного компьютерного моделирования. Новые технологии ставят перед учеными исключительно сложные задачи в квантовой физике и химии, моделировании многочастичных систем, молекулярной динамике, развитии моделей поведения дискретных и сплошных сред, стохастических методов и так называемой наномеханики. Особый интерес сегодня представляет изучение многомасштабных и комплексных явлений во времени, когда взаимодействия в больших атомно-молекулярных системах позволяют исследователям «уловить» связь между структурами, их свойствами и функциональными характеристиками. Успехи в этом направлении позволят реально создавать наноструктуры с заданными свойствами и архитектурой, что представляет огромную важность для развития химии и биологии, а также для разработки электронных устройств, многофункциональных материалов и т. д.
