-÷итатник

„ечили€ Ѕартоли. ћузикферайн в ¬ене - (1)

„ечили€ Ѕартоли. ћузикферайн 12 декабр€ 2017 года в одном из лучших залов мира  ћузикфера...

ћузыка сердца. √еоргий —виридов - (0)

—таринные мастера говорили - показать красоту камн€, показать красоту дерева, красоту металла...

ѕисьма јфанаси€ ‘ета Ћьву “олстому - (0)

Ђ¬ Ђѕоликушкеї все рыхло, гнило, бедно, больної Ђ¬ Ђѕоликушкеї все рыхло, гнило, бедно, больної...

  ћеждународному дню художника - (0)

∆уковский —танислав ёлианович. „асть- 6. «имнее. ’рам –ождества Ѕогородицы. «венигор...

ћихаил  онстантинович  лодт (1832 - 1902) - (0)

»ван Ќиколаевич  рамской. ѕортрет художника ћихаила  онстантиновича  лодта Ѕарон ћихаил  ...

 -–убрики

 - нопки рейтинга Ђяндекс.блогиї

 -¬сегда под рукой

 -ѕоиск по дневнику

ѕоиск сообщений в “омаовс€нка

 -ѕодписка по e-mail

 

 -—татистика

—татистика LiveInternet.ru: показано количество хитов и посетителей
—оздан: 20.04.2011
«аписей: 8172
 омментариев: 29961
Ќаписано: 49954

ѕроектирование новых материалов

ѕонедельник, 19 ƒекабр€ 2011 г. 20:29 + в цитатник

ќсобенно больша€ радость у нас сегодн€ потому, что модератор нашей лекции – Ѕорис ƒолгин, научный редактор ѕолит.ru, помогаю ему €, ёл€  аденко. » нашего лектора представит Ѕорис. 

ƒолгин: ƒа, собственно, наш сегодн€шний лектор должен был стать нашим лектором уже год назад. Ќо случилось известное, наверное, многим извержение вулкана в »сландии, в результате чего јртем не смог тогда доехать, но мы очень наде€лись, что это все-таки случитс€ и, наконец, наша мечта реализовалась. јртем ќганов – один из самых известных, насколько мы понимаем, в современном мире химиков, профессор —тонибрукского университета, адъюнкт-профессор ћ√”, почетный профессор √уйлиньского университета. —обственно, разговаривать мы будем ровно по его теме, по теме его специальности, по работе с новыми материалами, о том, как, как происходит создание этих самых новых материалов, проектирование новых материалов исход€ из тех разработок, тех методик, которые создает јртем и его группа. –егламент у нас традиционный: сначала собственно лекционна€ часть, после которой можно будет задавать вопросы, выступать с какими-то короткими репликами.

ќганов: ƒобрый вечер! я очень рад и горд выступать здесь, и очень рад, что то, что не получилось год назад из-за извержени€ вулкана Ёй€фь€тлайокудль, наконец, удалось в этом году, практически год спуст€ изначально планировавшейс€ даты. ¬ этой лекции € вам расскажу о своей работе, и о моей области науки. Ќо, если хотите резюме до начала лекции кратко, то оно таково: самое главное в жизни – это жить мечтой, € вам расскажу о том, как воплощаетс€ в жизнь мо€ собственна€ мечта, мечта стать ученым, которую € леле€л с самого раннего детства, и те исследовани€, которые € провожу, нацелены на осуществление одного из самых главных мечтаний человечества. Ќу, сами посудите, какие мечты есть у людей: мечта об идеальном обществе – к которой €, правда, не имею никакого отношени€, поскольку не занимаюсь ни общественными науками, ни политикой – и мечта об идеальных материалах: ковер-самолет, гиперболоид инженера √арина, меч-кладенец, эликсир молодости, философский камень – это все, фактически, мечта об идеальном материале, который свинец превратит в золото, старика – в юношу, «ме€ √орыныча – в труп и так далее. » вот поиском материалов, оптимальных дл€ той или иной задачи, как раз и занимаетс€ мо€ лаборатори€ в —тони Ѕруке на Ћонг-јйленде. ћатериалы имеют порой неверо€тные свойства, которые превосход€т наши ожидани€, есть материалы, о возможности существовани€ которых мы бы никогда в жизни не догадались, если бы они не были найдены в лаборатории. ¬от, кстати, посмотрите – один из этих материалов, вы видите пластинку, котора€ не весит и грамма, но ее вещество имеет настолько низкую теплопроводность, что если вы поставите на эту пластинку розу, и снизу все подогреете сильной горелкой – роза окажетс€ неповрежденной, потому что этот материал практически не проводит тепло.

          

 огда мы говорим о веществе, мы, конечно, должны понимать, что существует вещество в разных состо€ни€х: твердом, жидком и газообразном, и в твердом состо€нии мы можем выделить кристаллическое, квазикристаллическое, и аморфное. ¬ кристаллах существует периодическое повторение одного и того же мотива структуры, вот этот вот маленький параллелепипед повтор€етс€ практически бесконечное число раз во всех трех измерени€х.  вазикристаллическое состо€ние тоже характеризуетс€ пор€дком, но без повтор€емости в пространстве, и это состо€ние вещества было открыто всего около 25 лет назад. 

Ќовое состо€ние вещества открыто меньше 30 лет назад, не удивительно ли это? јморфное состо€ние, оно же стеклообразное – принципиально не сильно отличаетс€ от жидкого, и характеризуетс€ структурным беспор€дком. ¬ основном € буду говорить о кристаллах.  стати, большинство материалов, с которыми мы имеем дело – это либо кристаллы, либо полимеры. ƒаже если мы не видим кристаллов невооруженным глазом, скажем, в металле, цементе или кафельной плитке, то под микроскопом вы увидите множество кристалликов, так что это все кристаллические материалы. —войства материалов определ€ют их применение, а порой и целые исторические событи€. ¬озможно, вы знаете, что при охлаждении до 13°— олово претерпевает структурное превращение: белое олово переходит в серое, и при этом резко мен€етс€ плотность, олово рассыпаетс€ – это называетс€ олов€нной чумой, она разрушает все издели€ из олова. 

» это превращение, как считают историки, повли€ло на одно, а может быть и на два важнейших исторических событи€. ѕервое событие – это вторжение Ќаполеона в –оссию: существует гипотеза, что его 600-тыс€чна€ арми€ практически полностью погибла (домой вернулось около 5-10 тыс€ч солдат) потому, что пуговицы их мундиров были сделаны из олова, и, когда наступила русска€ зима, олов€нные пуговицы рассыпались – и солдаты оказались беззащитны перед лицом холода, оттуда болезни и массова€ гибель армии. »сторики спор€т об этом, но бесспорным €вл€етс€ то, что олово погубило экспедицию капитана —котта на ёжный полюс, поскольку капитан —котт с собой вз€л на подстраховку, на случай непредвиденных условий аэропланы, и топливные баки этих аэропланов были запа€ны оловом. ќлово рассыпалось, все топливо утекло из баков – и до ёжного полюса капитан —котт и его друзь€ тащили фактически бесполезные аэропланы. ј когда они им понадобились – уже ничего нельз€ было сделать, и вс€ экспедици€ погибла. “ак что знание свойств материалов может сохранить вам жизнь: если бы пуговицы на мундирах были сделаны из другого материала – да хоть из свинца – все могло бы быть по-другому, n'est-ce pas?   слову о сплавах, вот одно из тех свойств, которое, если бы мы не знали, что оно существует, то не поверили бы в его возможность – кстати, это свойство было открыто советскими учеными лет этак 50 назад и запатентовано американцами дес€тилетием позже – € говорю о сплавах с пам€тью формы. я приготовил дл€ вас демонстрацию этого свойства, но вначале по€сню этот эффект на слайде. ћои коллеги вылепили из этого сплава  с пам€тью формы буквы «TU», и закалили это при очень высокой температуре, и теперь эта форма запомнена. «атем они деформировали этот сплав, вс€чески его скрючивали – форма потер€лась, но как только положили в гор€чую воду – изначальна€ форма мгновенно восстановилась, ровно как была раньше, без изменений. ћистика! 

—плавы с пам€тью формы, которые используютс€ очень широко, в частности, сплав никель-титан, нитинол, имеют самые разнообразные применени€, как в операци€х по шунтированию сердца, так и при сборке нефтепроводов, и даже в зубных скобках.  огда вы летаете на самолете, двигатели самолетов также содержат элементы, сделанные из сплава с пам€тью формы – дл€ понижени€ шума двигател€. ј теперь давайте мы сами поставим эксперимент. ћне нужен один доброволец, может быть, молодой человек мне поможет.  ак теб€ зовут? ћарк, будь добр, согни небольшой кусочек этой проволоки так, чтобы мало не показалось, сильно согни, а € тем временем подготовлю гор€чую воду. “еперь положи это все, окуни целиком этот см€тый комок – и вот вы видите, как мгновенно проволока распр€милась. я приглашаю всех попробовать это, потому что это попробовать должен каждый человек, это…

ќганов: Ёто мен€ет картину мира. Ќо давайте мы это будем делать после лекции. Ётот сплав будет это делать столько раз, сколько вы пожелаете, захотите сто раз это сделать – он сто раз подр€д восстановит свою форму. ƒавайте мы поблагодарим ћарка! ≈ще одно неверо€тное свойство – сверхпроводимость, сверхпроводники не только провод€т ток без сопротивлени€, что может помочь при передаче электроэнергии без потерь и нагревани€, они также используютс€ дл€ генерации сверхсильных магнитных полей, и это используетс€ в €дерно-магнитной томографии, в ускорител€х частиц. Ѕолее того, сами сверхпроводники выталкивают магнитное поле, и за счет этого они могут левитировать над магнитом, и это используетс€ при создании сверхскоростных поездов. ѕрошлым летом € испытал удивительное ощущение, когда прокатилс€ на таком сверхскоростном поезде в  итае, вы видите, фотографи€ показывает скорость в 431 км/ч. 

ќптические свойства: кристаллические материалы, как правило, имеют различные свойства в разных направлени€х, и это приводит, например, к двулучепреломлению света: надпись, которую вы видите сквозь такой двупреломл€ющий кристалл, раздваиваетс€, потому что луч света расщепл€етс€ на два. 

≈сть еще более удивительное свойство – так называемый плеохроизм, когда цвет мен€етс€ в зависимости от того, под каким углом вы на кристалл смотрите. ¬от кристалл минерала кордиерита, и вы видите, как при вращении мен€етс€ его цвет от желто-коричневого до темно-синего.

 

» этот эффект – не игрушка; как полагают некоторые историки на основании исландских эпосов, он помог викингам открыть јмерику еще задолго до  олумба, поскольку с помощью этого кристалла можно находить направление пол€ризации света, и можно таким образом осуществл€ть навигацию в услови€х пол€рной зимы. », кстати, говор€, этот эффект был использован американскими военно-воздушными силами вплоть до 1950-х годов, дл€ навигации в пол€рных широтах. јлександритовый эффект, который так люб€т дамы: один и тот же кристалл мен€ет цвет, при дневном свете он зеленый, а при электрическом свете он красный, не удивительно ли это? 

» многим искусствоведам и историкам знаком вот этот шедевр древнеримского искусства – чаша Ћикурга. ќна имеет два цвета: она красна€ на просвет и зелена€ в рассе€нном свете, то есть если вы на нее со стороны.  стати говор€, загадка чаши Ћикурга была разгадана относительно недавно. ¬от вам свойства материалов, о которых мы не могли бы даже догадатьс€. 

ј вот тот самый материал, о котором  € говорил, – это кремнеземный аэрогель, вещество, поставившее по меньшей мере п€тнадцать рекордов, которые упом€нуты в  ниге рекордов √иннесса. Ётот твердый материал плавает, летает, если хотите, в газообразном ксеноне, он менее плотен, чем газ ксенон. 

 

“акой материал может использоватьс€ дл€ теплоизол€ции домов, дело в том, что кремнеземный аэрогель поглощает инфракрасное, тепловое излучение, но при этом пропускает видимый свет, то есть вы можете его поставить в окно вашего дома – и у вас дома будет светло, но в то же врем€ не будет жарко. “акие материалы, пожалуй, превосход€т наши даже самые буйные мечты. ћатериалы нужны также дл€ решени€  ныне ставших модными задач, св€занных с окружающей средой и энергетикой. «агр€знение окружающей среды во многом можно исправить благодар€ особым материалам. ќтравление т€желыми металлами – ртутью и свинцом приводит к слабоумию, а свинец еще и способствует усилению агрессии у людей. ƒоказано, что пик преступности в —Ўј, приходившийс€ на 70-е годы, напр€мую св€зан с пиком содержани€ свинца в атмосфере американских городов, того, который добавл€ли в бензин. Ѕолее того, свинец, возможно, сделал своей жертвой многих римских императоров, поскольку –им с древних времен имел свинцовые водопроводы. »стори€ знает немало безумных римских императоров, в частности, Ќерона. » исследовани€ показывают, что у людей со свинцовым отравлением заметно уменьшены определенные участки мозга – то есть это даже видимый эффект, не только по поведению, но анатомически. 

ѕозвольте рассказать вкратце про парниковые газы. Ќадо понимать, что парниковый эффект – это не во всем зло, если бы парникового эффекта не было, то температура поверхности «емли была бы очень низкой, примерно, как в якутске – и во многом парниковые газы способствуют тому, что мы можем жить на этой планете. Ќо когда мы наблюдаем стабильное повышение среднесезонной температуры, то повышаетс€ уровень океана, и это может привести к катастрофическим последстви€м. ¬есь последний век происходило именно такое повышение уровн€ мор€.  стати говор€, по выбросу парниковых газов прин€то считать, что лидирует  итай – на самом деле это неправильно, до сих пор лидируют —оединенные Ўтаты, и  итай их обгонит лет через 10. 

 ак можно избавитьс€ от таких загр€знителей, как углекислый газ, т€желые металлы и прочие? Ќапример, можно создать особые материалы-ловушки, в частности, каркасные материалы, которые содержат большие полости, способные улавливать и удерживать молекулы-загр€знители. “акие материалы существуют в природе – например, цеолиты, которые могут использоватьс€ не только дл€ улавливани€ определенных молекул, но и служить так называемыми молекул€рными ситами дл€ химической индустрии. Ќа этом слайде показано, как молекул€рное сито пропускает молекулу октана, но задерживает молекулу изо-октана, потому что у нее другие размеры и друга€ форма. 

“аким образом, пропуска€ смесь молекул, вы можете отфильтровывать те, которые вам нужнее. Ёто удивительное свойство, которое очень широко используетс€ химической промышленностью. ¬от еще один материал, который совсем недавно был создан - кобальт-органический каркас, один литр которого может в себ€ вобрать 83 литра углекислого газа. —реди природных пористых материалов рекордсменом был достаточно долгое врем€ минерал какоксенит, это фосфат железа, вы видите его структуру, но поры настольно велики, что это делает структуру очень хрупкой и неустойчивой, и этот минерал в практических цел€х использовать нельз€, но, как полагают некоторые исследователи, размер пор этого минерала был бы оптимален, например, дл€ репликации ƒЌ , и такого рода минералы могли играть роль в происхождении жизни. 

 стати говор€, когда € искал на Google информацию про какоксенит, € узнал о его других свойствах. ќказываетс€, «какоксенит способен помочь духовной эволюции» и «перепрограммированию клетки» -  правда, € ничего тут не пон€л. 

ћне бы хотелось упом€нуть еще газовые гидраты – это материалы на основе воды, где молекулы воды образуют каркас, в полост€х которого содержатс€ гостевые молекулы, это могут быть молекулы метана или углекислоты. “акие гидраты образуютс€ при слегка повышенных давлени€х и могут иметь два очень важных применени€: во-первых, углекислоту можно загон€ть под небольшим давлением в лед и захоранивать ее на океанском дне, и это абсолютно экологически безопасно. ј во-вторых, на океанском дне уже существуют колоссальные запасы гидратов метана, и если бы мы научились их использовать, то во многом решили бы энергетический кризис, ведь запасы метана в форме гидрата метана превосход€т обычные запасы природного газа. √идрат метана  тоже имеет удивительные свойства – он выгл€дит, как лед, но горит, как вы видите на этом слайде. 

 

 ак мы открываем новые материалы? ƒо сих пор преобладающим €вл€етс€ эдисоновский способ проб и ошибок. Ёдисон как-то сказал: "я не потерпел 10000 неудач, € лишь нашел 10000 способов, которые не работают". ќн был терпеливый человек, у него была больша€ команда людей, и он был талантливым экспериментатором. ј что делать мне, нетерпеливому и неспособному проводить эксперименты, но имеющему способности к теории? ќказываетс€, теори€ позвол€ет предсказать физические свойства материала, если известна его кристаллическа€ структура. —труктура вещества €вл€етс€ основной его характеристикой именно потому, что из нее можно вывести практически все физические свойства. » экспериментальное определение структуры веществ €вл€етс€ основой наших знаний в физике твердого тела, в материаловедении, химии, даже в структурной биологии и даже в планетологии. ≈сли вы знаете, где атомы сид€т, хот€ бы приближенно, то вы можете пон€ть, будет этот материал сверхтвердым или нет, будет он металлом или нет. ј как узнать, где расположены атомы у вещества, которое вы еще не получили? Ёто больша€ проблема. 

 ак же мы изучаем структуру вещества? ƒо недавнего времени – только экспериментальным путем. »стори€ началась около ста лет назад с работы ћакса фон Ћауэ, и затем цела€ пле€да блест€щих ученых разрабатывала методы определени€ кристаллических структур. ¬се эти методы основаны на экспериментах по дифракции. ћне нужен еще один доброволец, чтобы по€снить, что такое дифракци€. явление дифракции наступает, когда длина волны излучени€ приблизительно равна периоду повтор€емости кристаллической решетки - в этом случае, если вы посветите рентгеновским лучом на кристалл, он лишь частично пройдет насквозь, а частично будет отражен на строго определенные углы – и возникнет правильна€ картинка, правильное расположение отраженных лучей, дифрагированных лучей, и вот по этим дифрагированным лучам можно определить структуру кристалла. 

 ак ¬ас зовут?

ярослава: ярослава. 

ќганов: ярослава, сейчас мы будем выступать с ¬ами в роли ћакса фон Ћауэ – это буду €, и € буду давать задани€, а ¬ы будете выступать в роли его студентов, ‘ридриха и  ниппинга, которые провели этот эксперимент. Ётот эксперимент имел ошеломл€ющие последстви€. ” нас с ¬ами не рентгеновские лучи, ничего опасного здесь нет. ¬место жесткого коротковолнового ренгтеновского излучени€ € использую оптический лазер, а вместо реальной кристаллической структуры € использую ее двумерную модель, в которой период повтор€емости увеличен так, что он примерно равен длине волны лазера – и мы увидим €вление дифракции. ¬от недифрагированный луч, он путешествует строго пр€мо. “еперь, ярослава, посветите этим лучом сквозь кристалл.

ярослава: ¬от сюда, да?

ќганов: ƒа. » вы увидите чудо. ¬ы видите множество дополнительных лучей, и вот по интенсивности и расположению этих лучей, как оказываетс€, можно определить структуру кристалла. 

—труктура

ƒифракционна€ картина

—пасибо большое, ярослава. ѕервыми, кто научилс€ определ€ть структуру кристалла по дифракции, были отец и сын Ѕрэгги. ” них удивительна€ истори€, которую стоит рассказать как-нибудь в другой раз. ѕервые структуры, которые им удалось решить, были очень простыми, но сейчас удаетс€ решать такие головокружительно сложные структуры, как структуры белков, структуры ƒЌ , молекул, отвечающих за жизнь, и поразительные горизонты открываютс€ перед этой наукой. 

Ќо предсказать кристаллические структуры невозможно, во вс€ком случае, так считалось до самого недавнего времени. √лавный редактор самого престижного научного журнала “Nature” ћэддокс как-то написал, что одним из центральных скандалов в физических науках €вл€етс€ то, что по химической формуле нельз€ предсказать структуру вещества, даже столь простого, как графит. »звестный специалист в этой области, јнджело √авеццотти как-то написал статью под названием "ѕредсказуемы ли кристаллические структуры?", и она начинаетс€ со слова "Ќет". 

ќткуда такой пессимизм? «адача предсказани€ структуры – это задача предсказани€ расположени€ атомов, при которых достигаетс€ наибольша€ энергетическа€ стабильность, то есть наименьша€ энерги€.  азалось бы, энергию мы считать умеем, переставьте атомы миллион раз, дес€ть миллионов раз – и посмотрите, какое расположение самое выгодное, но, оказываетс€, даже миллионом вариантов дело не обойдетс€, ибо даже дл€ простых систем с дес€тком атомов в €чейке будет пор€дка ста миллиардов вариантов, и на оценку их потребуетс€ пор€дка тыс€чи лет, а дл€ 20 и дл€ 30 атомов в €чейке мы будем уже говорить о времени расчета, превосход€щем возраст ¬селенной. Ёта задача нерешаема, если ее решать в лоб, и мы с моим аспирантом,  олином √лассом, изобрели свой собственный метод предсказани€ структур, основанный на иде€х эволюции. ¬ этом методе мы не пытаемс€ пройти все структурные варианты, и этот эволюционный метод мгновенно получил известность, и наши коллеги написали обзор наших работ, в котором они сказали, что, возможно, это не только эволюционно, но и революционно. 

 ак работают эволюционные методы? ѕозвольте использовать иллюстрацию моего австралийского коллеги, –ичарда  легга. «адача такова: как с помощью кенгуру найти самую высокую гору на земле, Ёверест? ¬ эволюционном подходе вы высаживаете небольшой десант кенгуру, ну, скажем, сто кенгур€т, и говорите им: « арабкайтесь на ближайшую вершину». » вот эти кенгур€та станов€тс€ на ближайшие холмы, один стоит на Ћысой горе, второй – на ¬ладимирской горке, третий еще где-то, и мы им позвол€ем размножатьс€ – по цензурным соображени€м € не показываю, как это происходит. ¬рем€ от времени приход€т злые охотники, и отстреливают тех кенгуру, которые забрались недостаточно высоко. ќни отстреливают низколежащих кенгуру, а залезшие высоко кенгуру продолжают размножатьс€. » оп€ть приход€т охотники, и оп€ть – и вот это давление со стороны охотников подталкивает попул€цию кенгуру выше, и выше, и, как показывает сама жизнь, эволюци€ и наши расчеты, под страхом охотников кенгуру наход€т Ёверест очень быстро. » вам не нужно проходить все горы √ималаи, вы найдете Ёверест очень быстро и без географической карты, лишь име€ небольшую армию кенгуру и метких охотников. 

ј в контексте предсказани€ структуры это выгл€дит  так: вот поверхность энергий, нам надо найти не самую высокую, а – помните – самую низкую энергию. Ќизкие энергии здесь помечены синим цветом, и нам нужно вслепую найти самую синюю точку. ћы высаживаем десант наших структур, которые помечены жирными кружками. ћы оцениваем их энергию, и наименее выгодные структуры отсеиваютс€, мы им даже не даем возможности размножатьс€, мы их убиваем сразу, а из оставшихс€ структур производим дочерние структуры. » получаетс€ так, что с помощью этого метода расчет сам понимает, куда ему идти, он не тратит врем€ на обследование невыгодных областей, а все больше и больше ст€гиваетс€ к синей области, автоматически, это – самообучающийс€ алгоритм, имеющий родство с искусственным интеллектом, ибо он сам себ€ обучает. ќбратите внимание, что во втором поколении уже видно гораздо более плотное обследование синей области, и эта тенденци€ усиливаетс€ все больше, пока мы не находим самую низкую энергию. ќписывать технические детали метода не стану, скажу лишь, что в этом методе принципиально важно, как мы производим дочерние структуры из родительских, этот момент имеет наибольшую научную трудность и наибольшую важность. 

Ќе премину возможностью упом€нуть своего коллегу, сотрудника моей лаборатории киевл€нина доктора јндре€ Ћ€хова, родители которого присутствуют здесь. ќн €вл€етс€ основным разработчиком этого метода в насто€щий момент. ¬ ходе эволюционного расчета видно, как из хаотичных, неупор€доченных структур, использующихс€ вначале, рождаетс€ пор€док. Ёто обща€ черта с биологической эволюцией, она про€вл€етс€ также здесь, у нас на компьютере. ћы научились автоматически определ€ть дефектные области структур и избегать их при создании дочерних структур. »деологи€ тут очень проста: из двух структур € хочу создать ребенка, дочернюю структуру, и € не хочу, чтобы она унаследовала дефекты родителей - точно так же, как € не хочу, чтобы мои дети унаследовали мои дефекты! Ёто также резко ускор€ет производительность метода. Ќаш метод привел к многочисленным открыти€м, многие из которых относ€тс€ к области исследовани€ вещества под высоким давлением. Ёто область захватывающа€ и имеюща€ как фундаментальное, так и прикладное значение. —кажу, что больша€ часть вещества в нашей —олнечной системе существует в услови€х высокого давлени€. Ќа этом слайде вы видите, какие диапазоны давлений соответствуют различным услови€м, в частности, €драм планет соответствуют давлени€ пор€дка сотен гигапаскалей.

—то гигапаскалей – это один миллион атмосфер, чтобы создать это давление, вам нужно поймать двести слонов и приложить их суммарный вес на площадь дамской шпильки. “акие давлени€ можно создавать в лаборатории, и при таких давлени€х, как вы€сн€етс€, фундаментально мен€ютс€ химическа€ св€зь и свойства вещества. ѕервый успешный эксперимент по созданию высоких давлений, как обнаружили мои российские коллеги, был описан еще в Ѕиблии, и провел его юный ƒавид, - это то, что мы называем сейчас «ударно-волновой эксперимент». ѕращой ƒавид разогнал снар€д, камень – и этот снар€д ударилс€ в мишень – лоб √олиафа. јкадемика ‘ортова эта задача заинтересовала, и на досуге он решил провести полный гидродинамический расчет, чтобы пон€ть, какое давление было создано в этом первом эксперименте под высоким давлением. ќказалось – 0,15 гигапаскал€. ћы же с вами говорим о давлени€х пор€дка ста гигапаскалей. 

¬ернемс€ ненадолго к нашему методу. ќбычный расчет, который можно провести даже на персональном компьютере вроде показываемого мной сейчас квантово-механического расчета, очень легко приходит к структуре графита - вы задаете химический состав (углерод), давление (одна атмосфера) – и на выходе получаете графит, а также целый р€д других форм углерода, известные нам: карбин, разные sp2 гибридизованные и sp3 гибридизованные формы углерода. ≈сли же вы перейдете к высоким давлени€м и попросите наш метод предсказать, какова же структура углерода при высоких давлени€х – то при миллионе атмосфер, как вы видите, мы получаем достаточно быстро структуру алмаза. –асчет идет через р€д пробных структур, первые структуры случайные и выгл€д€т беспор€дочно, но очень быстро расчет понимает, куда ему идти, и сам придумывает структуру алмаза, без какого-либо участи€ человека. ¬ этом же расчете мы нашли не только структуру алмаза, но и достаточно любопытную структуру, котора€ тогда нам показалась курьезом, но сейчас мы знаем, что это – нова€ реально существующа€ модификаци€ углерода. 

”глерод - это не только графит и алмаз, существует еще целый р€д модификаций, о них € скажу чуть позже. ≈сли же мы пойдем к очень высоким давлени€м в двадцать миллионов атмосфер – то алмаз уже потер€ет свою устойчивость, и устойчива будет друга€ структура. ¬ы видите, как идет эволюционный расчет, и как он приходит к очень странной структуре, которую ученые давно предлагали, но доказательств не было, вот этот расчет и €вл€етс€, пожалуй, самым сильным свидетельством в пользу этой гипотезы. ≈сли уж мы затронули углерод, то надо сказать, что алмаз – вещество уникальное во многих отношени€х, в частности, в каком-то смысле алмаз – самое плотное вещество, в кубическом сантиметре алмаза содержитс€ больше атомов, чем в кубическом сантиметре любого другого вещества. ћожет ли существовать что-то более плотное? јлмаз – не только самое плотное вещество, но и самое несжимаемое и самое твердое. »з нашего расчета следует, что можно придумать более плотные модификации, и у них есть интересные свойства. “еперь вопрос – как их синтезировать? Ёто нетривиальный вопрос, которым мы тоже занимаемс€. ћы также задались вопросом, €вл€етс€ ли алмаз самой твердой из всех возможных модификаций углерода – но алмаз оказываетс€ самым твердым. “ем не менее, есть целый р€д модификаций углерода, как уже известных, так и гипотетических, которые по твердости лишь ненамного уступают алмазу. ¬ частности, вот эта структура, которую € вам только что показывал. ”же около п€тидес€ти лет люди провод€т неверо€тный эксперимент, и каждый раз результат оказываетс€ одним и тем же: вы берете графит, черное непрозрачное вещество, и сжимаете его при комнатной температуре, и при относительно небольших давлени€х, 150-200 тыс€ч атмосфер, он становитс€ прозрачным и сверхтвердым, и даже способен царапать алмаз. Ёто не алмаз, а кака€-то друга€ форма, и над ее структурой люди бились много лет. » вот случайно оказалось, что наша нова€ структура полностью описывает экспериментальные данные. ћы опубликовали работу на эту тему, и были очень счастливы – до тех пор, пока ученые из ћиннесоты не нашли, что те же свойства почти так же хорошо можно описать и другой структурой. » вот вопрос – кто же прав? 

Ќу, вы-то знаете, кто прав, и позвольте мне показать, почему мы оказались правы. ƒело в том, что алмаз не образуетс€ потому, что энергетический барьер, который нужно преодолеть дл€ его синтеза из графита, очень велик, и графит, когда вы его сжимаете при относительно низких температурах, таких, как комнатна€ температура, перейдет не в алмаз, а в ту модификацию, в которую ему переходить легче. ћы провели детальные расчеты – и оказалось, что обе предложенные структуры, в принципе, достаточно хороши – но наша образуетс€ из графита легче, и потому предпочтительна.  стати говор€, недавно, учеными из …ельского университета были получены более точные экспериментальные данные, которые также подтвердили правоту нашего решени€. » теперь можно утверждать, что список известных модификаций углерода пополнилс€ на одну единицу: мы знаем графит, мы знаем алмаз, мы знаем лонсдейлит, встречающийс€ в метеоритах, мы знаем фуллерены, за которые п€тнадцать лет назад дали Ќобелевскую премию, мы знаем карбины, которые когда-то давным-давно открыли еще советские ученые, а потом заново открыли американские ученые, -  и теперь этот список пополнилс€ ћ-углеродом, нашей новой фазой. 

  слову об углероде, этот элемент настолько интересен, что не удержусь и погл€жу вместе с вами далеко на небо, туда, где находитс€ планета Ќептун, у которой есть загадка: она излучает больше тепла, чем получает от —олнца. Ёто значит, что Ќептун вырабатывает свое собственное тепло, но механизм выработки тепла Ќептуном неизвестен. Ќынешн€€ теори€, которую наши расчеты также подтвердили, достаточно экзотична. ƒело в том, что Ќептун состоит фактически из смеси трех молекул€рных веществ: воды, метана и аммиака – кстати, довольно вонюча€ смесь должна быть, аммиак – не подарок, и метан тоже далеко не подарок, вот если вы это все смешаете – получитс€ жуткий коктейль, из которого и состо€т планеты ”ран и Ќептун. Ѕыла высказана гипотеза, которую наши расчеты подтвердили, что при давлени€х пор€дка миллиона атмосфер метан разлагаетс€ с образованием алмаза и водорода, и более плотный алмаз падает в недрах жидкой планеты, и в этом падении выдел€етс€ теплова€ энерги€. ¬ы только задумайтесь на минутку – это не энерги€ распада радиоактивных изотопов или химической реакции – то, к чему, к чему мы привыкли, это даже не тепло от сжигани€ алмаза, это, наверное, самый экзотический способ производства тепла во ¬селенной - тепло от падени€ миллионов тонн алмаза в недрах гигантской планеты. “еперь, в завершение лекции € вам расскажу две кратких истории. ќдна истори€ – про элемент бор, втора€ – про элемент натрий. 

Ѕор – элемент, один из самых легких элементов и один из самых загадочных, это единственный нерадиоактивный элемент, о поведении которого почти ничего не было известно достоверно. Ёлемент, который известен двести лет, элемент, который был открыт кумиром моего детства.  стати, элементы, по которым были сделаны мои самые важные работы, все были открыты, как € позже осознал, одним и тем же человеком – кумиром моего детства сэром √емфри ƒэви, которому  € хотел подражать – мечты сбываютс€. ¬прочем, с бором не все так €сно, бор был загадочным элементом с самого первого дн€ своего открыти€ – и даже когда и кем он был открыт, точно не знает никто. ќб открытии этого элемента объ€вили две группы великих исследователей, которые были злейшими врагами: √емфри ƒэви в Ћондоне, и ∆озеф √ей-Ћюссак в ѕариже, которые представили открытие этого элемента, с разницей в дев€ть дней. 

∆.-Ћ. √ей-Ћюссак

√. ƒэви

 ак така€ синхронность получилась, непон€тно – они, видимо, очень тонко чувствовали друг друга, эти закл€тые враги. » это открытие было достаточно детективным, в этой истории оказалась замешана и политика Ќаполеона. Ќо на это отвлекатьс€ € не буду, € лишь приглашаю вас прочитать мою единственную историческую статью: занима€сь бором и раскапыва€ эту историю вплоть до XIX-го века, € посчитал, что € должен поделитьс€ этим – и мы с моим киевским коллегой ¬ладимиром —оложенко, ныне работающим в ѕариже, написали статью о том, насколько детективна была истори€ открыти€ и исследовани€ бора. “ак вот, эти два злейших врага опубликовали одновременно сообщение об открытии элемента бор. Ќо вскоре вы€снилось, что ни тот, ни другой бора не открывали, никогда его в жизни не видели, а то, что они получили, содержало от силы 50% бора. “ак что, кто же все-таки открыл бор? ƒругой великий ученый, јнри ћуассан, доказав, что √ей-Ћюссак и ƒэви не получили чистого бора, утверждал, что бор получен им – но и он, как вы€снилось, ошибалс€, у него тоже было соединение, содержавшее не более 80-90% бора. Ќасколько можно судить, впервые чистый бор был получен в 1957-ом году. ¬ литературе есть упоминание о, по меньшей мере, шестнадцати модификаци€х бора, большинство из которых считаютс€ примесными, или вовсе соединени€ми. ƒо 2007-го года не было известно даже, кака€ форма бора устойчива при атмосферном давлении. Ёто элемент, в котором вопросов больше, чем ответов. » вот в 2004-ом году коллеги из јмерики и уже упоминавшийс€ мною ¬ладимир —оложенко синтезировали новую фазу бора при высоких давлени€х. —о мной св€зались с просьбой определить структуру с помощью  нашего метода, и это мне удалось очень быстро – структура оказалась удивительной – она похожа на структуру NaCl и содержит два типа наночастиц бора. 

Ёти два типа наночастиц ведут себ€ по-разному – они состо€т из одного и того же элемента, бора, но взаимодействуют они друг с другом как разные элементы, настолько, что даже существует перенос электронов от одного типа наночастиц к другому. Ёта форма еще интересна тем, что она €вл€етс€ сверхтвердой, где-то одним из п€ти самых твердых веществ, известных человечеству.  роме этого, за двести лет исследовани€ бора нам впервые удалось  пон€ть, при каких услови€х какие его модификации  устойчивы. ≈ще одной загадкой стало меньше.

Ќатрий – это элемент, который тоже был открыт √емфри ƒэви, и до недавнего времени считалс€ очень простым. Ќатрий – один из немногих элементов, описывающихс€ моделью свободных электронов, это практически идеальный металл, с великолепной отражающей способностью, с великолепной электропроводностью; огромное количество его свойств описываетс€ моделью свободных электронов, да и хими€ натри€ предельно проста, но в 2002-ом году немецкие ученые показали, что при давлени€х около миллиона атмосфер натрий вдруг начинает сходить с ума: он вдруг перестает быть идеальным металлом,  становитс€ одномерным и принимает странную, сложную, непон€тную структуру, причин устойчивости которой до сих пор не знает никто. 

Ѕолее того – там про€вл€етс€ целый р€д других структур, которые исключительно сложны. ѕри давлении в миллион атмосфер натрий настолько разм€гчаетс€, что плавитс€ даже при комнатной температуре, и, как показывают расчеты, он становитс€ отчасти d-элементом, то есть единственный валентный электрон натри€, который в нормальных услови€х находитс€ на s-орбитали, при сверхвысоких давлени€х занимает отчасти и d-орбиталь, то есть натрий становитс€, если хотите, переходным металлом. Ёто алхими€, когда простой металл становитс€ переходным. ¬се еще более странно - что натрий не только становитс€ плохим металлом и d-элементом – как показали наши расчеты, при давлени€х пор€дка двух миллионов атмосфер он вообще перестает быть металлом! ћы предсказали, что натрий становитс€ диэлектриком, как мы называем, широкозонным диэлектриком, его свойства таковы, что он должен стать прозрачным, и мы направили наше теоретическое предсказание в журнал “Nature” – и наша стать€ в течение нескольких дней была брошена нам в лицо редактором примерно с такой репликой: «Ёто предсказание сумасшедшее, мы не можем публиковать все сумасшедшие предсказани€, которые к нам приход€т. ћы знаем, что вы опубликовали много работ в нашем журнале, но все же...». Ќо мы-то знали, что это предсказание – правильное, мы сами в него поначалу не верили, мы его многократно перепровер€ли. » дл€ проверки предсказани€ € св€залс€ с экспериментатором, тоже нашим бывшим соотечественником, ћихаилом ≈ремцом – он тоже нам не поверил, но сказал: «»з уважени€ и любви к вам сделаю эксперимент – а там будь что будет». » вот, через несколько недель ћихаил ≈ремец присылает мне свои фотографии с эксперимента - ради таких моментов стоит быть ученым, € до сих пор помню то возбуждение, которое € почувствовал в тот момент. Ќу, судите сами. »так, вот натрий при обычных услови€х: серебристо-белый металл с великолепной отражающей способностью, он выгл€дит примерно как алюминий. ћы его сдавливаем, при давлении в сто дес€ть гигапаскалей он еще не мен€етс€...

ћы его сдавливаем дальше, и вот отражающа€ способность пропала, он черный, как уголь – это тот самый плохой металл с одномерной проводимостью. 

—давливаем его до двухсот гигапаскалей – красноватое прозрачное вещество, как мы и предсказывали. 

Ѕолее того, наши предсказани€ идут дальше: мы предсказали – но экспериментально это проверить пока что очень сложно – что, если его продолжать сдавливать, то при давлени€х в три миллиона атмосфер он станет не только прозрачным, но и бесцветным, как стеклышко. » вот представьте себе этот поистине магический, алхимический эксперимент: вы берете серебристо-белый металл, как алюминий, вы его сдавливаете – и он вначале у вас становитс€ красным прозрачным, как рубин, а потом – бесцветным прозрачным, как оконное стекло.

ƒолгин: “ам еще, кажетс€, темна€ стади€ была.

ќганов: ƒа. Ётот эксперимент - воистину алхимический. Ќо то, что происходит здесь, достаточно легко было пон€ть с точки зрени€ химической св€зи: дело в том, что здесь натрий переходит в некое новое состо€ние вещества,  в котором электроны уже не свободно движутс€ по всему пространству, а локализуютс€, в пустотах структуры, и эти электроны настолько сильно локализованы, что они ведут себ€, как, если хотите, зар€женные атомы - анионы. “акие вещества называют электридами, тут роль аниона, отрицательно зар€женного иона, выполн€ют голые электроны. » у таких веществ могут быть очень любопытные свойства. »так, лекци€ подошла к концу, а то, что € хотел вам сказать – это то, что сейчас уже можно с уверенностью проектировать новые материалы, материалы, обладающие новыми структурами, новой химией, новыми свойствами. я вам привел несколько примеров – таких, как новые формы углерода, некоторые из которых уже экспериментально подтверждены, а некоторые ожидают своего экспериментального синтеза. я вам рассказал о том, как понимание вот этих вот структурных превращений может привести к лучшему пониманию процессов в гигантских планетах, например, в Ќептуне, а также в недрах «емли. я вам рассказал о том, как превращени€ при высоких давлени€х, предсказанные нашим методом, а затем экспериментально подтвержденные, могут расширить наше представление о периодической системе и о химической св€зи. Ѕыли предсказаны удивительные новые €влени€ дл€ бора и натри€ и многих других веществ. ћне осталось лишь поблагодарить моих многочисленных коллег, как из моей собственной лаборатории, так и из других университетов по всему миру, и поблагодарить вас за внимание, и вас за приглашение. —пасибо. 

 аденко: —пасибо. ѕо традиции у нас первые вопросы – от ведущих.

ƒолгин: ƒа, вот у мен€ очень такой локальный вопрос, € бы сказал. Ќу, вот, и в ситуации с эволюцией, и в ситуации с холмиками и горками есть одна проблема, интересно, возникает ли она при ¬аших расчетах. ѕон€тно, как находитс€ локальный минимум и максимум, пон€тно, как сравнивать две величины между собой в любом случае, а вот с чего вдруг находитс€ глобальный минимум или максимум – неважно – не очень пон€тно. “о есть, это тоже очень ценные вещи – локальные минимумы и максимумы, пон€тно, что это тоже устойчивые структуры, но каким образом можно гарантировать, что,http://polit.ua/sites/all/libraries/fckeditor/edit...lt/fck_strip.gif"); background-position: 0px -304px;" /> и так далее? 

ќганов: Ётот вопрос достаточно технический, но он фундаментально важен, так что € благодарен ¬ам, что ¬ы его задали. ƒело в том, что задача глобальной оптимизации, она по природе своей крайне сложна и нет метода ни одного метода, который бы вам гарантировал глобальный минимум или максимум, это методы эвристические.  огда мы разработали этот метод, мы собрали р€д тестовых систем, где мы знаем из эксперимента устойчивую структуру, например, графит при низких давлени€х, алмаз при высоких, и так далее, у нас было несколько дес€тков таких случаев. » мы проверили, насколько надежно наш метод работает. »з нескольких дес€тков тестов – пор€дка п€тидес€ти – мы слегка ошиблись только в одном, но, повторив этот тест, мы и в нем нашли правильное решение. ћы не можем говорить ни о каких гаранти€х, а лишь о проценте успешных предсказаний, и по тестам, и по слепым предсказани€м, впоследствии проверенным экспериментом, что процент исключительно высокий – он близок к 100%. 

 аденко: —пасибо. ј у мен€ как раз попул€рный вопрос: могут ли те материалы, о которых ¬ы рассказывали, которые обладают свойствами ловушек, использоватьс€ на практике дл€ улавливани€, к примеру, ртути, цези€, стронци€ и прочих ненужных в атмосфере и почве веществ? 

ќганов: ƒа, могут в частности, микропористые материалы, цеолиты, о которых € упом€нул. 

 аденко: ј в каком-нибудь глобальном объеме, дл€ ликвидации, например, последствий аварий?

ќганов: я думаю, что их тоже можно использовать…

 аденко: »спользуют ли их?

ќганов: »спользуют ли – € не знаю, € никогда не сталкивалс€ с этой сферой, но не удивлюсь, если используют. ћогу сказать другое: сейчас актуальна задача захоронени€ €дерных отходов. ћожно найти разные мнени€: есть мнение, что эта задача решена, и те контейнеры, которые сейчас изготавливаютс€ дл€ отходов €дерных электростанций надежны на многие тыс€чи лет. Ќо на самом деле это, скорее всего, не так. ƒело в том, что, если вы помещаете радиоактивный атом в какую-то матрицу, то этот атом посто€нно излучает, он как пушкой бьет по этому контейнеру…

ƒолгин: ѕрогрызает, прогрызает.

ќганов: ƒа, он посто€нно ее прогрызает, он посто€нно по ней долбит. » пройдет, может быть, дес€ть лет, может быть, двадцать лет, может быть, даже сто лет пройдет – и эта матрица может оказатьс€ превращенной в стекло, а в стекле выше диффузи€ – и эти радиоактивные атомы могут легко убежать оттуда. Ћюди достаточно интенсивно, в самых разных странах, прежде всего, в странах, где высок процент атомной энергетики, работают над изобретением материалов, которые могли бы высто€ть эту бомбардировку. ≈сть разные рецепты, в том числе микропористые вещества, которые могут оказатьс€ удобными как ловушки и могут оказатьс€ устойчивыми перед таким радиоактивным избиением.

ƒолгин: Ќо ¬ам пока заказ на разработку таких материалов, улавливающих в промышленных масштабах не поступал?

ќганов: Ќет

ƒолгин: ј если бы поступил?

ќганов: ≈сли бы поступил – € бы вз€лс€. Ќо могу сказать, что нам уже поступил заказ, и наши исследовани€ финансируютс€ компанией Intel, которой также интересна задача дизайна, разработки новых материалов. 

√алина Ћюбчич, ѕол≥т.ua: ƒобрый день. —кажите, пожалуйста, у мен€ очень практичный вопрос как у мамы. —туденты, которые изучают ¬аш предмет, насколько они могут быть трудоустроены, насколько востребована ¬аша професси€ в мировом научном или техническом сообществе сегодн€? 

ќганов: ќна востребована, но тут € должен ¬ам сказать, что…

ƒолгин: “ут еще вопрос в том, как назвать эту профессию…

ќганов: ј вот как назвать ее – € не знаю, потому что вы мен€ представили как химика, и € не возражал. „асто мен€ представл€ют как физика – € тоже не возражаю. „асто мен€ представл€ют как материаловеда – € также не возражаю. » геологом называют, и минералогом, и геофизиком, и.. Ќет, орнитологом еще никто не называл… ѕланетологом? ѕланетологом не называли, но, в принципе, если назовут – не буду возражать.  ак там есть поговорка: назови хоть груздем – только…

 аденко: Ќет, назвалс€ груздем – полезай…

ƒолгин: ’оть горшком – только в печь не ставь.

ќганов: ƒа, именно эта поговорка! Ќаша область исследований междисциплинарна, и поэтому все эти названи€ подход€т. я сам себ€ называю кристаллографом. ј с трудоустройством в нашей области проблем нет. Ќо € должен вам сказать, что с падением нашей советской системы трудоустройства, где каждому человеку была более или менее гарантирована работа по специальности, и карьерный рост был выстроен по более или менее выверенной схеме, сейчас мы все переходим на западную систему – а западна€ система очень жестка€, найти работу в качестве аспиранта или младшего научного сотрудника легко, но получить посто€нную позицию на «ападе, по любой научной специальности – очень т€жело. Ќа «ападе с трудоустройством нет проблем в начале карьеры, но по€вл€ютс€ очень серьезные проблемы на более высокой стадии карьеры. я не знаю, насколько легко трудоустройство на ”краине, но, насколько мне известно, зарплаты ученых настолько низкие, что очень мало людей таким трудоустройством интересуютс€. “ак же, как и в –оссии, собственно. 

Ќаталь€ Ўецевалова, »нститут проблем материаловедени€,  иев: ¬аша сегодн€шн€€ лекци€ дл€ мен€ подарок судьбы, потому что круг моих профессиональных интересов это бориды редкоземельных элементов. ¬се пон€тно. » сегодн€ как раз у мен€ в руках была стать€ «јльберт Ѕор: вызов теоретикам и экспериментаторам», где очень много ссылок на ¬ашу статью. Ќо саму статью € еще не читала, просто так просмотрела. ” мен€ совершенно четкие вопросы, с которыми мы конкретно столкнулись. ¬ы знаете, что можно получить совершенно разные структуры боридов, в которых есть цепи борные, есть сети, есть каркасные элементы и так далее. “ак вот, мен€ интересуют как раз каркасные элементы. ѕроста€ структура: CaB6, проще не бывает, кубическа€. Ёто борна€ структура, ее можно рассматривать как единый борный комплекс или можно рассматривать как антериор, поскольку св€зи между этими октаэдрами сильнее, чем внутри октаэдра. ƒодекабариды B12, “ут вообще принципиальный интерес у мен€, и в данном случае, потому что мне нужно решить вопрос св€занный с вакансионной ситуацией. ¬се додекабариды редкоземельных…

ƒолгин: ј в чем суть вопроса?

Ќаталь€ Ўецевалова: я рассказываю. ƒодекабариды редкоземельных элементов получаютс€ дефектными по бору. “ак вот, что отсутствует? ќтсутствует один из элементов в этой структуре B12, и как в таком случае рассматривать свойства, с чем это св€зано? ѕо моему глубочайшему убеждению, этот B12 отсутствует целиком. ≈сли он отсутствует, и атомы металла разбегаютс€ в разные стороны, естественно, предположить смещение, … и при этом те электроны у металла, которые наход€тс€ там п€тые электроны … это ¬ам близко. » поэтому мы уже имеем не диамагнетик, а парамагнетик. ѕоскольку магнитные свойства, которые мы обнаруживаем, ну никак не вписываютс€ в типичную схему, а то, чем мы сейчас занимаетс€, это исследование вли€ни€ изотопов бора на, в данном случае, конкретный модельный додекабарид 10¬, 11¬ и природна€ смесь. » вот с этой проблемой мы столкнулись.

ƒолгин: я надеюсь, что в ответе к тому же будет еще и расшифровка вопроса.

ќганов: ¬опрос, если представить его в попул€рном виде, такой, что, поправьте мен€, если € не совсем точно ¬аш вопрос передам: бор – это элемент исключительно сложный, это элемент, который ставит подножки на каждом углу. Ёто элемент, который вот так схватить и сказать: «я теб€ пон€л» – невозможно. Ћюди, получили массу Ќобелевских премий за продвижение в понимании одного этого элемента. «а продвижение в понимании лютеци€ никто не получил Ќобелевской премии, а вот за бор получили, причем несколько, и до сих пор, тем не менее, бор не пон€т. —труктуры бора, во-первых, очень сложны, в них часто очень много атомов, в голову не вмещаютс€ эти структуры. Ёти структуры можно видеть по-разному. » вот вопрос, как лучше смотреть на эти структуры? —кажем CaB6, можно смотреть, как будто там шесть атомов бора образуют трехмерный крест - октаэдр…

ƒолгин:  ажетс€, нам нужна доска с мелом.

ќганов: …либо же удобнее там выдел€ть пары. ћой ответ будет тут очень простым - это все модели, и используйте ту, котора€ легче поможет вам пон€ть свойства. я приведу ¬ам один пример. ѕосмотрим на натрий. ѕрозрачна€ форма натри€ имеет структуру, котора€ может быть описана несколькими совершенно разными, но эквивалентными способами, и каждый из этих способов дополн€ет понимание природы этого вещества. ѕоэтому самый мудрый способ - это смотреть на самые разные модели, и получить, таким образом, более объемную картину того, что происходит.  ака€-то из этих моделей даст ¬ам более простое понимание, например, магнитных свойств, кака€-то - электропроводности. ƒл€ натри€, € ¬ам сейчас это продемонстрирую, дл€ прозрачной фазы натри€. 

Ёта структура может быть пон€та как деформированна€ плотнейша€ упаковка атомов натри€. „то такое плотнейша€ упаковка? ¬ы идете в супермаркет и видите, как помидоры на прилавке размещены или апельсины. ¬от это плотнейша€ упаковка. Ќельз€ сферы разместить более плотно, чем они размещены в супермаркете. Ёто было почти доказано математически 100 лет назад англичанином Ѕарлоу. ƒоказательства формального нет до сих пор, но мы уверены, что это так. “ак вот, эта структура может быть пон€та как плотнейша€ упаковка атомов натри€, но упаковка, на которую сел кто-то очень т€желый, скажем, продавец в супермаркете, и эту плотнейшую упаковку см€ли в два с лишним раза. »нтересные дела, с какой это стати? ѕолучаетс€, что атомы там не сферические, а дискообразные? ћожно думать и так. Ќо оказываетс€, что локализованные электроны занимают не каждый слой, а каждый второй. ¬ два раза вы см€ли упаковку, и теперь электроны, а не атомы размещаютс€ по закону плотнейшей упаковки - правильной, не см€той. » это подчеркивает то, что эти локализованные электроны играют особую химическую роль в этой структуре. ћожно эту же структуру представить совершенно другим способом - это структура арсенида никел€, в которой атомы никел€ и мышь€ка «покрасили» в один цвет. » это указывает вам на то, что эти две подрешетки атомов натри€ здесь имеют резко различные химические роли. “оже модель, котора€ указывает на возможный перенос зар€да и различные электронные конфигурации у разных атомов натри€. ≈сть и друга€ модель - структура Ni2In, где позиции атомов никел€ зан€ты атомами натри€, а позиции атомов инди€ зан€ты электронами. “оже модель и тоже интересна€. —труктура Ni2In обладает огромной плотностью, и это по€сн€ет, почему така€ структура образуетс€ при сверхвысоких давлени€х. ќписание каждой из этих моделей не содержит повтор€ющихс€ слов - но они все описывают одно и то же. » каждый из них позвол€ет вам пон€ть этот материал с разных углов. “ак что используйте все модели.

ƒолгин: ¬ гуманитарных науках сказали бы, что бессмысленно спрашивать о том, кака€ классификаци€ правильна€, если все они построены корректно. ¬опрос в том, дл€ какой цели вам нужна эта классификаци€.

ќганов: јбсолютно.

»рина  ириченко: ” мен€ вот какой вопрос. ¬ы сказали: «я теоретик!» ѕотом ¬ы все врем€ говорили, что когда нужно экспериментальное подтверждение, ¬ы обращались к коллегам, теперь ¬ы все врем€ употребл€ете слово «модель». »нтересно, что у ¬ас там вообще в лаборатории стоит, какие приборы, какое оборудование, на чем ¬ы работаете, или ¬ы на коленке на листочке пишете или у ¬ас какой-то суперкомпьютер, или все-таки какое-то оборудование химическое, физическое. ≈сли ¬ы скажете, какое у ¬ас оборудование, мы сразу поймем, как называетс€ ¬аша професси€.

ќганов: Ќаше основное оборудование – это суперкомпьютер, но суперкомпьютер в лаборатории не разместишь, поэтому мы проводим наши расчеты в режиме удаленного доступа, частично на американских суперкомпьютерах, частично на российских суперкомпьютерах. ≈сть у нас так же свои собственные вычислительные возможности в лаборатории.  роме этого оборудовани€, как такового нет, есть библиотека, котора€ €вл€етс€ ни чем иным, как моей личной библиотекой, которую € собирал долгие годы и перенес в лабораторию. я вас приглашаю к себе в гости в лабораторию, и вы увидите, что это очень необычна€ лаборатори€. я очень горжусь своей лабораторией, ее показывают на экскурси€х по университету, как самую красивую лабораторию. ÷ель мо€ была создать место, в котором удобно думать и работать, и общатьс€, потому что все эти компоненты очень важны дл€ теоретика. ƒумать, работать. ” нас очень много бумажной работы, работы, где нужно вот так вот сидеть и вбивать что-то в компьютер посто€нно. ‘изически т€жело. » общение, обмен иде€ми. ” мен€ в лаборатории стоит следующее: помимо компьютеров, библиотеки, картин, статуй и кристаллов, которые по всей лаборатории размещены, сто€т 5 кроватей, предназначенные дл€ послеобеденного сна, велосипед-тренажер, боксерский мешок, оборудование дл€ массажа, стол дл€ пинг-понга, этот же стол используетс€ дл€ проведени€ лабораторных семинаров, и…

ƒолгин:  ак интересно. ¬ "ѕолит.–у" в ћоскве тоже есть стол дл€ пинг-понга, он же стол дл€ семинаров.

ќганов:…и гамак. √амак дл€ чтени€ научной литературы. Ћюди, которые приход€т ко мне в лабораторию, потом мне говор€т, что шок у них длитьс€ весь остаток дн€.

 алинич Ќикита, физический факультет ”ниверситета Ўевченко: ѕочти непопул€рный вопрос, но совсем без них не обойтись, без непопул€рных вопросов. Ќасчет поиска глобального минимума. ѕочему ¬ы считаете, что именно эволюционные методы лучше, или насколько лучше, чем какие-то вариации метода ћонте- арло, например. ј если брать, например анимацию, она была в реальном времени (real time) или…? ѕотому что если в real time, тогда у ¬ас действительно очень быстро это все считаетс€. “о есть, ¬аш метод… насколько сильно забирает ресурсы?

ќганов: ¬ы знаете, мы пробовали тестировать наш метод в сопоставлении с другими методами, и оказалось, что он более быстр и гораздо более надежен. Ёто краткий ответ на ваш вопрос. ћетоды ћонте- арло проигрывают ему по одной простой причине: в них нет элемента самообучени€, то есть расчет фактически выкидывает, полностью забывает свою историю. ≈сли брать аналогию с жизнью, то это как наступать дважды на одни и те же грабли. ≈сли вы не учитесь из истории, вы фактически наступаете дважды на одни грабли. »ли, например, как это можно уподобить, представьте себе, что у вас есть адрес, например, улица ’мельницкого, дом 50, город  иев, ”краина. Ёто дом, где € живу, кстати говор€.  ак ¬ы найдете этот дом? ћожно брать метод случайного поиска. „то это значит? ¬ы берете глобус, тыкаете в него иголкой вот сюда, туда, япони€, јвстрали€. ћожет быть, рано или поздно ваша иголка ровно на дом 50 улицы ’мельницкого л€жет. “оже вариант метода ћонте- арло. Ќо € бы так делать не стал. я бы стал поступать, и любой нормальный человек поступил бы - эволюционно. Ёволюци€ говорит нам, что делать. ќна сужает область поиска, стади€ за стадией. ¬начале – ”краина, очерчиваем ”краину, про остальное забываем. √ород  иев, очерчиваем город  иев, остальное забываем. ”лица ’мельницкого, прекрасно. ¬от она. ƒом 50. «десь дом 10, здесь дом 60, значит где-то посередине. » так в несколько шагов вы дойдете до этого дома. ≈сли же вы будете случайно это делать, тыкать по карте, у вас ничего не получитс€. » тесты предсказани€ кристаллических структур, они, в общем-то, об этом и говор€т.

 алинич Ќикита: Ќа самом деле, тут проблема в молекулах. ” нас существует много таких квартир, с таким же адресом, но именно только одна из них ¬аша. “о есть, мы будем находить локальный минимум, то есть, по ¬ашей тактике, мы откидываем сразу область из большой свободной энергии. ј там как раз, может быть, р€дом и есть глобальный минимум, а мы вз€ли оттуда и убежали.

ќганов: ¬озможно, что глобальный минимум находитс€ в какой-то области очень узкой, котора€ окружена решени€ми с высокой энергией. “ака€ возможность всегда есть, но на практике така€ возможность встречаетс€ крайне редко. ¬стречаетс€, но крайне редко.  ак правило, и нам удалось это показать, дл€ большинства нормальных химических систем структуры с низкими энерги€ми имеют тенденцию концентрироватьс€ более или менее в одной и той же части энергетической поверхности. 

ƒолгин: Ёто уже очень важный тезис, который сам по себе мог бы стать темой лекции.

ќганов: Ќа этом слайде поверхность энергии дл€ сплава золота и паллади€. ¬ы видите, что структуры с низкими энерги€ми все наход€тс€ в одной и той же области. ћы провер€ли это на многих, многих веществах, и оказываетс€, что в реальных веществах низкоэнергетические структуры сид€т либо в одной, либо в двух, может быть, в трех област€х. “ут важно сказать, что наш метод не откидывает жестко области с высокой энергией, он все еще сохран€ет какую-то веро€тность перехода в такие области, просто веро€тность эта небольша€. ћы не откидываем жестко области с высокими энерги€ми, мы откид

–убрики:  ћатериаловедение
ћетки:  



 

ƒобавить комментарий:
“екст комментари€: смайлики

ѕроверка орфографии: (найти ошибки)

ѕрикрепить картинку:

 ѕереводить URL в ссылку
 ѕодписатьс€ на комментарии
 ѕодписать картинку