В Краеведческом музее проходит выставка «Мы сварили изумруд», посвященная достижениям институтов и околонаучных фирм в выращивании кристаллов. На выставке представлено около 300 экспонатов.
Константин Кох, кандидат наук, лауреат премии Президента РФ в области науки
и инноваций для молодых ученых 2018 года, автор исследования по развитию методов получения халькогенидных соединений и созданию функциональных кристаллов для высокотехнологичных устройств, сотрудник лаборатории роста кристаллов Института геологии и минералогии СО РАН, рассказал нашей газете о том, для чего нужно выращивать кристаллы, когда они есть в природе, какие работы проводятся в Институте геологии и геофизики по этой тематике, в частности, в его лаборатории, и почему не стоило называть выставку именно так.
– Название выставки меня, честно говоря, покоробило. Насколько я понял, это про рост кристаллов и все, что с данной тематикой связано. Экспозиция составлена из работ многих институтов. Изумруд – это лишь самая малая толика кристаллов, представленных там. И далеко не самая важная.
Наша лаборатория называется лаборатория роста кристаллов, сразу понятно, чем здесь люди занимаются. Она одна из самых больших в институте, часть того, что уцелело после расформирования СКТБ монокристаллов СО РАН, не пережившего 90-е годы. Основное направление у нас – оксидные системы, выращивание кристаллов оксидов.
– По названию выставки действительно может сложится ошибочное впечатление, что наука у нас занимается в основном имитацией драгоценных камней. Скажите, Константин, где еще кристаллы используют, кроме ювелирки?
– На самом деле, в кристаллах находится 99 процентов всех твердых неорганических объектов в мире, все остальное – это стекло. Для ювелирки кристаллы выращивают не специально, по крайней мере в науке, это вышло благодаря стечению обстоятельств. Вообще кристаллами в СО РАН занимались буквально с момента возникновения отделения. Вы можете себе представить, что бы руководство Политбюро сказало: а давайте вбухаем кучу денег в разработку технологии выращивания искусственных драгоценных камней… Это же глупо звучит!
История с изумрудом была следующая. Ученых интересовала лазерная среда и они решили сделать лазер на берилле. А по чистой случайности оказалось, что сочетание берилла с хромом – это изумруд, который имеет красивый зелененький цвет.
В итоге лазера на берилле нет до сих пор, а искусственный изумруд – существует! На самом деле, выращивать кристалл из этих элементов очень тяжело. Это пытались сделать несколькими методами и один из них – гидротермальный: когда в стальных контейнерах вода не испаряется, а давление возрастает, как в скороварке, только в скороварке есть клапан, а здесь – нет. Кристалл получается с палец толщиной и выглядит потрясающе, кажется, что он просто идеальный. Но это только на взгляд непрофессионала. Для оптики он не подходит.
И уже потом, в 90-х годах, кто-то посмотрел и подумал, почему-бы из этой красоты не сделать деньги? Цена была достаточно высокой и все это развилось в отдельную отрасль выращивания изумрудов для ювелирной промышленности. Но если бы кто-то ставил себе такую цель изначально, она бы себя не оправдала, кончилась ничем, ведь объем затрат был просто колоссальный. А с ювелирным изумрудом стало все очень интересно. Технология широко распространилась, упростилась и – цены упали. Сейчас в России заходишь в ювелирный магазин – показывают абсолютно ровные, красивые камешки, на свет как слеза, один к одному. И – дешевые. Они все искусственные. А вот что-то неровное, мутное, неяркое, с грязными природными включениями, но гораздо дороже – это натуральный камень, природа.
– Какими кристаллами занимается ваша лаборатория?
– Мы занимаемся техническими кристаллами и у нас две подзадачи. Первая – что-нибудь сделать с известными соединениями, улучшить их. А вторая, она идет в параллель – найти кандидата на замену уже существующим.
Дело в том, что выращивать оптические кристаллы, которые уже известны, небольшого размера и хорошего качества, легко. И тут возникает задача масштабирования. Когда говорят: а давайте теперь вырастим такой же хороший кристалл, но в два раза больше. Так вот, задачи масштабирования для роста кристаллов зачастую решить невозможно. Иногда переход от одного размера к другому занимает годы.
Кроме того, оказывается, куча неорганических соединений еще не открыта, например в направлении, которым мы занимаемся (боратные соединения, то есть, соединения с бором), лидеры в этой области– китайцы. Из Китая сейчас идет вал статей о том, что найдено очередное соединение, и мы одни из немногих в России, кто пытается с ними состязаться. В год мы открываем три-четыре новых соединения и стараемся вырастить хотя бы мелкий кристалл, чтобы доложить о его свойствах.
– Только ваша лаборатория в институте такая продвинутая?
– У нас в институте есть несколько лабораторий, которые занимаются кристаллами. Например, лаборатория Ю.Л. Польянова исследует алмазы и выращивает их.
А мы – в чистом виде материаловеды. У нас, конечно, есть работы, касающиеся экспериментальной минералогии, когда эксперименты в лаборатории могут дать ответ о том, что происходит в природе. Но, в основном, мы занимаемся кристаллами, которые могут найти свое применение в технике.
– Насколько я понимаю, вы создаете новые соединения, которых нет в природе?
– Соотношение такое: в природе на данный момент известно шесть тысяч минералов, а в лаборатории синтезировано 500 тысяч соединений. То есть, 494 тысячи соединений вы в природе вообще не найдете. Их можно только сделать вручную, искусственно.
– Научно-технические разработки на основе ваших соединений существуют?
– Да, это когда мы работаем над улучшением кристаллов, давно используемых в лазерных системах. Институт продает их как оптические элементы. Также мы решаем другую задачу, она более медленная: пытаемся улучшить уже существующие кристаллы, сделать их на замену. Но такой «кандидат» должен получился лучше в разы, слишком многие технологические цепочки под эту замену придется перестраивать. Удачные кристаллы, найденные десятилетия назад, работают до сих пор.
– Почему вы решили заняться именно кристаллами, ведь геология – большая?
– Да, я заканчивал ГГФ НГУ и материаловедение меня привлекло тем, что здесь – все просто. Ты вырастил кристалл –результат налицо, твой вклад будет отличим от других.
Я лично занимаюсь халькогенидными соединениями – соединения с серой, теллуром и селеном. А это целиком научная тема. Дело в том, что в науке сейчас сильно развито компьютерное моделирование и есть целый класс ученых, которые, можно сказать, практически не встают из-за компьютера. Они могут смоделировать соединение, например, и предсказать какие-то его свойства, о которых раньше никто и не задумывался. Таких людей много, они делают всевозможные интереснейшие предположения, а у экспериментаторов стоит задача воплотить это в жизнь. Например, в нашей области науки – синтезировать изобретенное компьютером соединение, вырастить кристаллы, измерить его свойства...
На этапе экспериментов я работаю с большой международной командой физиков. Это все – будущее. С другой стороны, сто лет назад только в фантастике можно было прочитать о компьютерах (или их прототипах), сотовых телефонах и так далее. А сейчас – это реальность!
Я верю в научно-технический прогресс, хоть наша страна уже долгое время в отстающих по многим направлением. Надеюсь, что скоро ситуация изменится. Хочется достичь реализации своих научных идей, чтобы никто не сказал, что мой труд – бесполезен. Иначе – зачем все это?
Елизавета Садыкова
Обратная связь