Итоги Итоги - Итоги № 24 (2012)

— Можно ли сделать материал по заказанным свойствам? Например, оружейный завод хочет выпускать пули с особым сердечником.

— Именно в этом и состоит суть метода, что он может предсказать материал именно с теми свойствами, которые требуются. А заказать можно что угодно из тех свойств, которые рассчитываются, — твердость, электропроводность и многое другое. А вот, например, вязкость твердого тела рассчитать сейчас практически невозможно. Это на сегодняшний день неоптимизируемое свойство. Для жидкости она рассчитывается достаточно легко, а для твердых веществ — нет.

— Вы задаете компьютеру требуемое свойство, он придумывает новый материал, демонстрирует его кристаллическую решетку, но способен ли он подсказать, как сделать этот материал?

— Наш эволюционный метод показывает только возможность существования нужного материала и его характеристики. А вот предсказание путей его синтеза — пока что нерешенная задача. Сейчас ее можно решать только для каких-то частных случаев. Например, мы решили ее в частной задаче о сверхтвердом графите. Сдавливая графит при низкой температуре, исследователи получили новую форму углерода, но ее строение полвека не удавалось понять. Вот результат этого синтеза нам удалось предсказать. Это не предсказание структуры в классическом смысле, а именно предсказание пути синтеза, где известны начальное состояние и условия синтеза и нужно предсказать его результат. Важна и обратная задача — подобрать условия синтеза нужного конечного материала.

— В чем же загвоздка?

— В том, что это совсем другая задача, в которой нужно не просто предсказать конечный результат — определенный материал, а путь превращения, реакции. Представим, что у вас есть исходные реагенты, и в ходе реакции определенным образом передвигаются атомы, ломаются старые связи и образуются новые. Процесс реорганизации реагентов в продукт реакции связан с неким активационным барьером. Для каждой реакции он свой, и наиболее вероятным результатом синтеза будет тот, который сопряжен с преодолением наименьшего барьера. Эта задача на порядки сложнее, потому что нужно просчитать путь реакции и выбрать тот, который проще. Эволюционный подход с большой вероятностью тут уже не подойдет. Задача тяжела математически и в особенности физически.

— Какие материалы и для чего можно создавать уже сегодня?

— Мы работаем над сверхтвердыми материалами, материалами с особенными электронными и оптическими свойствами, а также материалами для суперконденсаторов и аккумуляторов для хранения электроэнергии.

— Уточните, пожалуйста, это будут новые материалы или уже существующие, но с улучшенными свойствами?

— Совершенно новые. Зачем изобретать уже имеющиеся материалы?

— Нанотехнологи в свою очередь говорят, что способны усовершенствовать давно известные материалы, которые в результате получат необычные свойства.

— Модифицируя химический состав и размерность материалов, можно добиться новых свойств. Например, золото — это металл, который не пропускает свет, а наночастицы золота его пропускают. Более того, варьируя размер наночастиц, можно добиться того, чтобы их суспензия была различных цветов. Во многих старинных соборах сегодня можно увидеть витражи с красными стеклышками. Очень часто они были получены путем добавления наночастиц золота в стекло.

Конечно, нанотехнологии — это очень интересная область исследований и приложений, потому что она дает дополнительную степень свободы в дизайне материалов. Когда вы меняете размер частицы от микроскопического кристалла до маленькой наночастицы, вы можете резко и достаточно непрерывно при этом менять свойства. То есть способны подобрать тот размер, который даст нужные свойства. В принципе эта задача также могла бы решаться нашим эволюционным методом.

— Можно ли при помощи вашего метода разрабатывать материалы, заменяющие уже существующие, но дорогостоящие, например содержащие редкоземельные металлы?

— Да. Ни для кого не секрет такая геополитическая проблема: Китай постепенно монополизировал ресурсы редкоземельных металлов и контролирует 97 процентов их запасов. Есть такие области применения, где они незаменимы. Например, в сильных постоянных магнитах, которые нужны для генерации электричества в ветряных электростанциях. Сейчас многие исследователи бьются над задачей создания постоянных магнитов, которые по своим свойствам были бы эквивалентны редкоземельным магнитам или даже их превосходили. Задача пока не решена, но более или менее понятно, как ее решать, — нужно создать новый материал с большой намагниченностью и высокой магнитокристаллической анизотропией. Посчитать и оптимизировать эти свойства можно с помощью моего метода.

— Реально ли создание неких фантастических материалов, о которых сегодня человечество даже и не мечтает?

— Могу рассказать про уже достигнутые результаты. Один из самых лучших металлов, известных человечеству, — это натрий. Мы предсказали, что при давлении порядка 2 миллионов атмосфер он станет прозрачным. До сих пор было известно, что при очень высоких давлениях даже неметаллические вещества будут приходить в металлическое состояние, то есть становиться все более и более хорошими металлами, обладающими высокой электропроводностью и отражательной способностью, а с натрием — первый известный случай, когда все происходит наоборот.

— И зачем нужен неметалл натрий, да еще и прозрачный?

— Пока что непонятно, но, думаю, применение ему обязательно найдется. Не было случая, чтобы найденное новое свойство или явление рано или поздно не нашло применения.

— Не хотите ли вы лично изобрести некий суперматериал, чтобы на основе его построить прибор с суперсвойствами, например вечный двигатель?

— У меня есть хобби. В свободное от других исследований время я изучаю разные модификации элементов бора и углерода с точки зрения сверхпроводимости. Думаю, существует немалая вероятность создания металлических форм бора и углерода. Они уже созданы путем введения примесей, я же ищу беспримесные формы, которые, скорее всего, при относительно высоких температурах будут еще и сверхпроводниками.

— Высокие температуры — это сколько?

— Самые высокие температуры сверхпроводящего перехода составляют порядка 165 Кельвин под давлением. Это –108 градусов по Цельсию. Холодновато. Но на самом деле было бы огромным прогрессом получение сверхпроводимости при температурах хотя бы жидкого азота (–196 градусов по Цельсию) для веществ, которые более удобны для обработки, чем нынешние высокотемпературные сверхпроводники. Из них очень трудно делать провода. Они слоистые, ломкие, нековкие, дорогостоящие. Если бы удалось сделать сверхпроводники более дешевыми, более ковкими, более удобными в обращении, это бы резко удешевило сверхпроводящие технологии.