«Нобелевская» вопреки (фото)

Что такое квазикристаллы, сегодня знает каждый химик. Но чтобы объяснить их суть человеку, далекому от химии, придется приложить немало усилий. Как разъяснить «на пальцах», что такое «особый тип упаковки атомов в твердом веществе, характеризующийся икосаэдрической симметрией, дальним ориентационным порядком и отсутствием трансляционной симметрии, присущей обычному кристаллическому состоянию» (определение из «Химической энциклопедии»)? Зато история этого открытия, перевернувшего с ног на голову всю теорию химии, нарушившего буквально «химические аксиомы», вызывает неподдельный интерес.

А студентам ТГУ посчастливилось воочию увидеть и услышать Нобелевского лауреата, первооткрывателя квазикристаллов Дана Шехтмана, израильского физика и химика, прибывшего в Томск в рамках инновационного форума, и узнать «из первоисточника» о всех обстоятельствах этого судьбоносного открытия.

Итак — все началось в 1982 году. Дан Шехман рассказывает:

— Тогда, в 70-х - начале 80-х годов, было сделано несколько открытий, касающихся структуры материалов и их свойств. Например, открыто явление сверхпроводимости — при низких температурах, затем при высоких, и все были просто счастливы, и никто не возражал против них. Но вот что удивительно: когда мы начали говорить о квазикристаллах, то постоянно встречали возражения и проявления недоверия.

Чтобы объяснить, почему ученых, открывших новое явление в химии, ждала такая реакция со стороны коллег, Дан Шехтман с помощью презентации подробно рассказал, что такое кристаллы с классической точки зрения, и почему всегда считалось, что относительно них симметрия может быть только четырех порядков. Кристаллы по сути своей симметричны и упорядочены, и никаких других вариантов не рассматривалось.

Поэтому не ничего удивительного, что когда сам Дан Шехтман 8 апреля 1982 года получил первую фотографию структуры квазикристалла, он записал в своей тетрадке «Этого не может быть!» (отсканированный листок обычной тетрадки в линеечку, которая хранит эти записи, студенты могли лично увидеть на слайде одной из презентации ученого). А увидел Дан Шехтман невероятное — ось пятого порядка, пятикратную симметрию в кристалле.

— В свое время я тоже сдавал экзамен по химии, по кристаллографии. Так вот, я должен был доказать своему профессору, что пятикратной симметрии не существует. И я успешно это доказал, иначе бы экзамен не сдал, и меня сейчас здесь не было.

Возможно, что кто-то другой в этот момент решил бы, что это ошибка техники, погрешность, случайность… А будущий Нобелевский лауреат решил разобраться, что же он такое получил. Нужны еще эксперименты! — сказал себе Дан Шехтман и продолжил работу.

Так было совершено само открытие квазикристаллов. А потом началась, по словам ученого, «история отказов». Статью Шехтмана дважды отклонили от печати. Лидер американской исследовательской группы, в которой работал в то время Дан Шехтман, как-то пришел к нему в офис и положил на стол учебник со словами: «Прочитай, и тогда ты поймешь, что того, чем ты занимаешься, просто не бывает». Из этой группы пришлось уйти. Правда, говорит Шехтман, в этом не было особой трагедии: «я нашел других исследователей, с которыми начал успешно работать».

В 1984 году статью — уже в сокращенном виде — напечатали в журнале «Physical Review Letters», причем в итоге у нее было четыре автора: сам Шехтман, И. Блех, Д. Гратиас и Дж. Канн. Это были известные специалисты, привлеченные ученым в качестве соавторов.

После публикации научный мир заволновался.

— Достаточно большое сообщество передовых ученых, в том числе из России, приняли мое открытие. Но многие спорили и продолжают возражать до сих пор. Что я чувствовал в то время? Приблизительно то же самое, что изображено на картинке, — улыбается Шехтман, показывая фотографию из Интернета, на которой котенок прогуливается перед строем огромных овчарок.

— А теперь, позвольте, я задам несколько вопросов и сам на них отвечу. Почему квазикристаллы были обнаружены так поздно? Может быть, они какие-то особенно редкие, или нестабильные, или их трудно изготовить? Нет, нет и нет. Квазикристаллов существуют сотни. Некоторые из них действительно нестабильны, но, как правило, для их трансформации требуются очень высокие температуры, градусов 400 по Цельсию. Они легко изготавливаются: и с помощью быстрого затвердевания, и методом выращивания монокристаллов, и химическим осаждением, — нет, дело не в этом. Для их производства нужны железо, алюминий, хром и другие материалы, которые миллионами тонн добываются каждый год.

Причина, утверждает Дан Шехтман, в другом. Во-первых, квазикристаллы можно было обнаружить только при помощи трансмиссионного электронного микроскопа. Пока не было его, никто не мог их отличить от всех остальных. Во-вторых, с этим микроскопом нужно было уметь обращаться, что тоже довольно непросто.

Ну и наконец, самый главный секрет — как люди становится Нобелевскими лауреатами — Дан Шехтман приберегает напоследок. Он прост: ученый должен быть упорным.

— Я расскажу вам одну историю, — говорит Шехтман. — Когда я получил премию, один профессор рассказал мне, что он рассматривал фотографии, сделанные студентами во время работы с тем самым микроскопом. И увидел, что один из студентов еще раньше меня сделал фотографию квазикристалла. А на вопрос, почему же он ничего не рассказал профессору, уже выпускник ответил: «Да, я понимал, что увидел что-то необыкновенное, но если бы вам об этом сказал, вы бы заставили меня все переделать, а может быть и выгнали из университета». И я хочу вам сказать: если вам удастся найти что-то необычное и интересное, не бросайте это, пока не выясните, что именно вы обнаружили. Вы действительно можете сделать настоящее открытие. Будьте упорными, верьте в себя! Да, я, конечно, страдал, когда мне отказывали, не принимали мою работу, когда называли нонсенсом то, чем я занимаюсь… Но я знал, что прав, что не ошибаюсь. И у вас все будет в порядке!

Вопросы, заданные студентами и учеными ТГУ Дану Шехтману, касались не только особенностей квазикристаллов, но и их применения.

— Действительно, квазикристаллы уже применяются в промышленности, в быту, — говорит Нобелевский лауреат. — У них очень низкая проводимость, их можно использовать в качестве изоляторов. Кроме того, они могут выступать в роли катализаторов, придают новые свойства сплавам. Например, в Японии создана особая сталь — суперпрочная, обладающая особыми свойствами, чрезвычайно полезными для каждодневной жизни. И все это благодаря квазикристаллическим материалам, содержащимся в ней. Многие используют эту сталь каждое утро, поскольку она содержится в бритвенных станках. Если квазикристаллы войдет в состав, к примеру, покрытия для сковородок, его невозможно будет поцарапать, и оно никогда не смешается с едой. Перспективы применения этих материалов самые широкие.

Сегодня Дан Шехтман, Нобелевский лауреат по химии, преподает в институте Технион в Хайфе и университете штата Айова (США), является членом Израильской академии наук, Национальной технической академии США, Европейской академии наук. И все это благодаря тому, что он не сдался, когда весь мир был против него.