О высоком давлении и "экстремальных условиях"

Автор этих заметок, кандидат физико-математических наук С.В. Овсянников, сотрудник Института физики металлов УрО РАН, в настоящее время находится в служебной командировке в Институте физики твёрдого тела при Университете Токио, где выполняет исследования по Программе Японского общества содействия науке (http://www.jsps.go.jp). Одно из преимуществ этой программы, по сравнению с европейскими и американскими аналогами, состоит в выделении специального гранта “для исследований”, что позволяет покрывать расходы, связанные с участием в конференциях. Плюс к этому в столичном городе Токио несложно оформлять необходимые визы. Эти обстоятельства позволили автору в 2006 году принять участие в нескольких ключевых конференциях – двух Гордоновских по высоким давлениям (Биддефорд, штат Мэн, США) и дефектам в полупроводниках (Нью Лондон, штат Нью-Хемпшир, США), в конференции по свойствам материлов при высоком давлении (Фукуока, Япония), а также в Третьей азиатской конференции по исследованиям при высоком давлении (Лиджанг, Китай). Предлагаем вниманию читателей его впечатления.

 

Гордоновские конференции по актуальным темам современной науки являются американским детищем, созданным по инициативе Нила Гордона из Университета Джонс Хопкинса. В ушедшем году традиция отметила пятидесятилетний юбилей. Замысел подобных конференций состоял в обсуждении самых свежих открытий и концепций на переднем крае науки небольшой группой наиболее «продвинутых» исследователей. Конференция по высокому давлению продолжает эту традицию, собирая преимущественно американских участников и предоставляя председателю исключительные полномочия по формированию научной программы — приглашенных устных докладов (от 40 минут до часа) и стендовой сессии. Конференция по дефектам в полупроводниках, напротив, отошла от этого анахронизма и стала более открытой и подлинно международной, устная часть программы будущей конференции формируется путем голосования участников предыдущей.
 

Традиционно основная тема конференции по давлению — геофизика. Давление позволяет моделировать условия сжатия в коре и мантии Земли и других планет (в Земле 1 км ~ 300 атмосфер), поэтому достижимые пределы статического давления (3 000 000 атмосфер) позволяют исследовать состояние минералов в «толще» и делать прогнозы о внутренней структуре планет. Пара алмазных наковален стоимостью около 2–3 тыс. долларов, между которыми и достигаются сверхвысокие давления, зачастую выдерживает лишь один цикл сжатия до предельных нагрузок, когда хрупкие ювелирные алмазы с треском могут распылиться в порошок. Многие исследовательские группы используют именно этот подход для структурных, оптических, и, значительно реже, электрических измерений. Наша группа высоких давлений также применяет эту методику, но основной путь исследований — другой. Используются камеры из поликристаллических синтетических алмазов, обладающих высоким сопротивлением к образованию трещин, и, хотя диапазон давлений меньше — до 300 000 атмосфер (когда в полупроводниках и многих других материалах происходит большинство электронных и структурных переходов), изменения нескольких свойств микрообразца с давлением регистрируются практически непрерывно, обеспечивая наиболее полную картину происходящих процессов. Последний подход имеет большие преимущества при исследовании электрофизических свойств. Используя этот метод, в 2006 году группа открыла новую полуметаллическую фазу в одном из основных полупроводников для электроники — арсениде галлия (GaAs).
 

Из других актуальных тем можно отметить синтез новых сверхтвёрдых материалов в условиях высоких температур и давлений. В научной литературе непрерывно сообщается о синтезе материалов с твёрдостью, близкой или превосходящей твёрдость алмаза. Открытие подобных материалов (углеродных, оксидов, нитридов, и т.д.) важно как для широкого спектра технологий, так и для создания ещё более высоких статических давлений.
 

Одно из достижений физики конденсированного состояния последнего времени — значительное усовершенствование методики рентгеновской дифракции в синхротронных центрах — при высоком давлении привело к открытию в ряде распространённых материалов и соединений, например, йоде, сере, натрии и др. более сложных структур (модулированных, несоразмерных, сверхрешёточных и пр.), чем считалось до настоящего времени. Это открытие сильно взбудоражило научные умы, и в настоящее время несколько групп энтузиастов взялись за перепроверку структур фаз высокого давления у элементов таблицы Менделеева и их бинарных соединений.
 

Обычно Гордоновские конференции проходят в уединенных университетских кампусах в северо-восточной части США. Конференция «по давлению», в которой участвовал также представитель нашего института В. Щенников, проходила в Биддефорде на побережье атлантического океана неподалёку от Бостона, где можно было купаться на нескольких пляжах по выбору. «Полупроводники» же запрятали в Колби Савье Колледж (Нью Хемпшир) — на опушку соснового леса. В 10–20 км на северо-восток от колледжа находилось несколько озер, но участники, добравшиеся пешком по 30-градусной июльской жаре к ближайшему из них, так и не смогли найти «общественный доступ» к воде, поскольку весь периметр застроен частными домами.
 

Конференция в Фукуоке (остров Кюсю) являлась сателлитной к большой Международной конференции по магнетизму в Киото и соответственно включала в основном «магнитные» разделы физики твердого тела. Например, активно обсуждались виды сверхпроводимости, переходы «металл-диэлектрик» и фазовые диаграммы органических проводников и сверхпроводников, магнитные свойства систем с тяжелыми фермионами. Организаторы, проф. Г. Ооми (Университет Кюсю) и проф. Й. Уватоко (Университет Токио) привлекли множество крупных специалистов из США и Европы и сделали как научную, так и культурную программы этой конференции незаурядными.
 

Третья азиатская конференция в Лиджанге (Китай), организованная проф. Г.Т. Зоу и проф. Т. Куем из Национальной лаборатории сверхтвёрдых материалов при Университете Юлинь, напротив, была всесторонней и охватывала все естественные науки и как статические, так и динамические давления. Неформально большое внимание уделялось обсуждению новой инициативы китайского правительства по преобразованию действующих национальных лабораторий в крупные исследовательские центры по американскому образцу. По этой причине на конференцию были приглашены известные американские профессора китайского происхождения из Аргонской, Ливерморской, Лос-Аламосской и других лабораторий. Например, присутствовал один из основоположников тематики сверхвысокого давления Х.К. Мао из Института Карнеги (Вашингтон).
 

Проведение азиатской конференции в Китае в определенном смысле — признание растущего влияния и достижений китайских ученых в этой области науки. Предыдущая, вторая, проходила в древней столице Японии Наре. В Китае автор был единственным представителем России, и, по просьбе организаторов, выступал в качестве председателя одной из устных сессий, а также принимал активное участие в обсуждении места следующей конференции. Выбор участников остановился на Южной Корее. Для нашей группы было интересно ознакомиться с последними результатами китайских исследователей по улучшению эффективности традиционных термоэлектрических материалов с помощью технологии синтеза при высоком давлении. В свою очередь работы нашей группы по исследованию термоэлектрических свойств полупроводников при сверхвысоком давлении также оказались востребованы. Культурная программа мероприятия была предельно насыщенной и включала несколько экскурсий — например, в старый город Лиджанга, сохраняемый в первоначальном состоянии на протяжении уже около 1000 лет, в китайские деревни и храмы, хранящие свои культурные памятники, в горы на высоту около 4700 метров над уровнем моря. Во время последней экскурсии у большей части участников (но не у автора) сдали нервы и они дружно выстроились в очередь за кислородом и знаменитыми китайскими пуховиками.
 

На всех конференциях автору бросалось в глаза отсутствие ученых из России, кроме тех, кто работает за границей. Исключение составляла только Гордоновская конференция по высоким давлениям, где стараниями администрации Института высоких давлений РАН (Троицк, Московская область) были изысканы средства для оплаты участия нескольких сотрудников, студентов и аспирантов.
 

Вопреки расхожему мнению, что участие в международных конференциях за границей — это удел только состоявшихся специалистов «при должности», а молодым ученым «еще рано», и они должны воздерживаться от затратных поездок, конференции эти именно для последних и предназначены. На них в сжатые сроки можно получить массу полезной информации как для дальнейших исследований, так и для сопутствующей практической стороны (публикации, гранты). Договариваться о совместных работах и стажировках, которые крайне необходимы для расширения кругозора и установления научных связей, также лучше во время конференций. Участники автоматически попадают в «списки» по тематике конференции, и информация о будущих мероприятиях и приглашения начинают поступать уже автоматически, что экономит время. Так, например, автору совершенно неожиданно пришло приглашение на встречу молодых ученых (до 35 лет) с Нобелевскими лауреатами, которая традиционно проводится в маленьком городке Линдау на берегу озера Констанц, разделяющего Германию, Австрию и Швейцарию. Первая встреча из этой серии была организована в 1951 в послевоенной Германии для возрождения национального научного потенциала. С этого времени, при активном содействии потомков Альфреда Нобеля, подобные конференции стали регулярными. На прошедшем мероприятии молодые участники прослушали лекции 48 лауреатов по физике, химии, физиологии и медицине, об их открытиях и современном состоянии дел в смежных областях, а также могли общаться с ними в неформальной обстановке. Удалось, например, поговорить с профессором Кембриджского университета (Великобритания) Брайеном Дэвидом Джозефсоном — лауреатом Нобелевской премии по физике 1973 г. за «теоретическое предсказание свойств сверхпроводящего тока при протекании через туннельный барьер».
 

С.В. ОВСЯННИКОВ,
ИФМ УрО РАН
 

На фото:

 нобелевский лауреат (физика, 1973) профессор Брайен Дэвид Джозефсон из Кембриджского Университета Великобритании (в центре) в окружении наших соотечественников, слева направо: автор, В. Дзюба (Киев), М. Прохоров (Саратов), М. Меребишвили (Тбилиси).

Группа участников конференции в Лиджанге,

слева направо, ближний ряд: Л. Чен и Т. Яги (Университет Токио), К. Такарабе (Университет науки в Окаяме, Япония), К. Мурата (Университет Осаки);

средний ряд: К. Шимизу (Университет Осаки), автор, Дж. Тсе (Университет Саскичевана, Канада), М. Мангнани (Университет Гавайских островов, США), С. Скандоло (Международный центр теоретической физики, Триест, Италия);

дальний ряд: Й. Уватоко (Университет Токио), Б. Санквист (Университет Умеа, Швеция), М. Саитта (Парижский университет), Н. Фудживара (Университет Киото), двое гостей из Праги, справа – М. Заревука (Институт орг. химии и биохимии).

Участники конференции в Лиджанге направляются на осмотр «пути Бога» — каменного «рисунка» с сюжетами на религиозные темы и длиной в несколько сот метров.