И Попов - Пути в незнаемое

Во второй половине пятидесятых годов процессами с алмазной затравкой занялся крупнейший знаток поверхностных сил Борис Владимирович Дерягин. Он и рассказал мне о давней, военного времени, работе известного советского физика, которую раскопали в архивах уже после того, как такие же расчеты были проделаны заново.

Пути прогресса прямо-таки истоптаны Уроборосом.

Время, когда Дерягин начал эту свою работу в московском Институте физхимии, ушло далеко вперед от того времени, когда над теми же проблемами думали в Химфизике. И от того, когда Алексей Васильевич Шубников со товарищи пытался решить их в Институте кристаллографии. Созданные кристаллографами методы выращивания пьезокварца, рубина с сапфиром, монокристаллического кремния и германия, иных замечательных кристаллов легли в основу целой новой отрасли промышленности. Искусственные кристаллы стали материальной базой новой отрасли науки и техники — электроники. Бытом стал транзистор, реальностью лазер, ЭВМ, солнечные батареи спутников и дальних разведчиков Космоса. Тайны зарождения и роста кристаллов раскрывались одна за другой.

В кристалле алмаза атомы углерода крепко сцеплены друг с другом. У каждого атома четыре валентных электрона. Четыре руки. «Возьмемся за руки, друзья, возьмемся за руки, друзья, чтоб не пропасть поодиночке». Так взялись, что крепче и не бывает. Оттого и тверд алмаз. Как алмаз.

Но вот атом очутился не внутри кристалла, а на его поверхности. Одна рука, а то и две руки у него не заняты, не связаны с соседскими — сверху соседей нет. Как на крыше. Свободные руки торчат над крышей, готовые схватить любой неосторожно приблизившийся атом. Кислород так кислород. Азот так азот. Углерод так углерод. Какой угодно.

Если свободной рукой кристалл схватит приблизившийся атом углерода, атом этот тут же пристроится к имеющимся собратьям. Кристалл подрастет. Если свободная рука схватит из воздуха что-то другое, ну хоть атом кислорода, то рука перестанет быть свободной. И если потом ей навстречу протянет свою руку приблизившийся атом углерода, то взяться за руки друзья уже не смогут. «Пардон, я занята». Кристалл не подрастет.

Отсюда вывод. Поверхность выращиваемого кристалла должна быть абсолютно чистой, незахватанной, свежей, кристаллографы говорят — «ювенильной», девственной. Итак, требуется девственность.

Что еще нужно для строительства алмазного дома? Алмазные кирпичи. Наличие в окружающем зародыш пространстве свободных атомов углерода. Иначе — из чего строить. (Или, продолжая другую модель, — засидишься в девицах.)

Что еще? Еще нужно, чтобы порхающие вокруг затравки атомы углерода были достаточно энергичными. Проще — достаточно горячими. Ведь руки у них электронные, как и у тех атомов, что на крыше. И те и те, следовательно, заряжены одинаково отрицательно. Обыкновение одноименно заряженных тел не притягиваться, а отталкиваться общеизвестно. Чтобы превозмочь силы отталкивания и как следует сблизиться, всегда (при всех моделях!) приходится расходовать немалую энергию.

Теперь все? Нет. Нужно, чтобы предложение не превышало спрос. Чтобы порхающих атомов было не слишком много. Чтобы высунувшиеся из кристалла руки успевали подхватывать и укладывать их на нужные места. Иначе новые кирпичи будут валиться как попало. И вместо аккуратного блистательного алмазного слоя на затравочном кристалле появится черная сажа. (Аналогии в иных моделях читатель может поискать самостоятельно.)

Вот сколько условий надо соблюсти, чтобы строительство алмазного дома на алмазном фундаменте шло успешно.

Конечно же ни Хэнней, ни Болтон, ни Хрущов с Муассаном, ни Каразин, ни Ломоносов об этом и не подозревали. А без этих знаний (просвещенья дух!) редчайшее стечение обстоятельств могло приводить лишь к единичным удачам, повторить которые, естественно, никто не мог. Будь он хоть семи пядей во лбу.

Борис Владимирович все подсчитал точно. И каков будет спрос. И с какой горячностью должно поступать предложение. И т. д. и т. п. И вместе со своими помощниками создал нужную аппаратуру.

В одних аппаратах затравочные кристаллики погружались в расплавленный металл, насыщенный атомами углерода. В других аппаратах дело происходило без расплавленного металла, а вокруг кристаллика был какой-нибудь газ, в состав которого обязательно входили углеродные атомы.

Опыты шли день и ночь.

— В этой самой комнате человек впервые увидел собственными глазами, как растет алмаз! — не без торжественности возвестил Дмитрий Валерьянович Федосеев, ближайший сотрудник Дерягина.

И подвел меня к аппарату.

И вручил защитный колпак — вроде того, каким пользуются сварщики.

С некоторым недоумением оглядел я установку. Покрытая тоненьким металлическим кожухом, весьма несолидная по габаритам, она не выдерживала никакого сравнения с внушительными тушами прессового зала. Думаю, даже Каразин, даже Хрущов тоже удивились бы скромным размерам алмазоделательной установки конца XX века.

Но еще больше удивились бы они, несомненно, ювелирной точности процедуры. Точнейшей регулировке температуры и состава реагирующих веществ. Возможности наблюдать за тем, что происходит в любую секунду алмазотворения.

Прикрыв глаза колпаком, я заглянул в прорезанное в кожухе круглое оконце с лупой. В тонкой, как волос, проволочной петельке висел крохотный алмазик с треугольной гранью.

Лейпунский писал: «Трудность такого опыта заключается в надлежащем подборе температуры кристаллизации». Ну какой уж там подбор мог быть в ружейных стволах Хэннея и пушечных — Парсонса? В серебряном слитке Хрущова? В дуговой печи Болтона?

А тут, за кожухом, тепло, излучаемое ксеноновой лампой, фокусировалось параболическим зеркалом точно на грани кристаллика. Поворот реостата — лампа чуть жарче, поворот в обратную сторону — лампа чуть холодней. Кристаллик нагревается ровно на столько градусов, сколько нужно экспериментатору. С такой же тщательностью отмеряются и порции доставляемых к кристаллику атомов углерода.

Перед уходом из института, к вечеру, я снова заглянул в аппарат. На треугольной алмазной поверхности возвышался алмазный же бугорок. Едва заметный — но утром я еще не разглядел никакого.

На алмазном фундаменте начал строиться алмазный дом.

С того памятного мне дня минуло уже десять лет.

Сделать из маленького алмаза большой алмаз пока не удалось никому.

Чего-то мы еще не знаем. Чего-то мы еще не умеем.

Не исключено, что прав был Верещагин, считавший авантюрой любую попытку синтезировать крупные кристаллы и что надо ждать времен, когда станут доступными камеры такого размера, в каких создает свои сокровища природа.