Рост кристаллов: от искусства к науке

«One World, One Dream». Один мир — одна мечта. Это — девиз Олимпиады, прошедшей в 2008 г. в Пекине. Редкий гость китайской столицы не сфотографировался рядом с этой надписью. Мы, сотрудники Института геологии Коми НЦ УрО РАН, тоже не стали исключением, когда в августе этого года приехали на 16-ю международную конференцию по росту кристаллов (ICCG-16). Покровителями ICCG-16 выступили Китайская академия наук, Национальный научный фонд Китая, Китайское керамическое общество, Международный союз кристаллографов, а также Китайская ассоциация по росту кристаллов. Поездка стала возможной благодаря программам президиума и Отделения наук о Земле РАН, трэвел-гранту УрО РАН и фонду РФФИ.
 

Странно, что выставка научного оборудования на состоявшейся конференции была совершенно непредставительной — одни только китайские компании, почти все они в Пекине и базируются. Несколько больших кристаллов под стеклом, много рекламы. И ни одного мирового имени вроде JEOL, Hitachi, Veeco… Не было огромных агрегатов, возле которых суетились бы специалисты, тут же, на месте, демонстрируя возможности супертехники. И, что удивительно для конференций по росту кристаллов, на которых без атомно-силового микроскопа уже никуда, на этой выставке не было даже рекламы ни одного АСМ, пусть даже и китайского. Словом, выставка отличалась поразительной малолюдностью и тишиной, чего нельзя сказать о самой конференции. Ее девиз: «Рост кристаллов: для пользы и любопытства; от искусства к науке» — полностью отражал царившие здесь настроения. Она стала идеальным форумом для представления и обсуждения новых направлений в росте кристаллов и технологии. Всего в нем приняло участие около полутора тысяч человек, из них больше пятидесяти россиян.
 

Тематика включала не только теорию роста кристаллов, рост тонких пленок и эпитаксию, рост кристаллов в экстремальных условиях, промышленную кристаллизацию, но также наноматериалы, рост белковых кристаллов и новые направления в изучении широкого класса полупроводников. Свои доклады представили все лидирующие в этих областях мировые научные группы. В последние годы интересы «ростовиков» настолько расширились, что главная задача на ближайшее время — адаптация существующих методов исследования и создание новых для прямой визуализации кластерной самоорганизации в растворе и расплаве. Отдельные попытки визуализации очень крупных объектов вроде кластеров при росте белковых кристаллов нам демонстрировали на длившейся целый день и очень посещаемой секции «Нанокристаллические материалы — частицы, волокна, нанотрубки, фуллерены и прочее». Также на пике популярности — прямые наблюдения за зарождением и различными стадиями роста кристаллов с помощью современных инструментов, таких как атомно-силовой или трансмиссионный электронный микроскопы. Так, Де Йорео (J. De Yoreo) с соавторами представил результаты прямых наблюдений за протеиновой самоорганизацией, зарождением на органической матрице и пептидной модификацией кристаллических зародышей. Японец Араки (Y. Araki) с соавторами с помощью высокоразрешающих наблюдений расшифровал механизм формирования арагонита. Два из трех наших докладов, представленных в стендовой сессии, также были связаны с прямыми наблюдениями роста кристаллов.
 

Ямада (H. Yamada) из Японии исследовал на молекулярном уровне границу жидкость-поверхность белкового кристалла с помощью частотно-модуляционной АСМ (FM–AFM). Японец Сазаки в соавторстве с китайцем Дай (G. Dai, G.Sazaki) представили результаты изучения процессов присоединения-отрыва отдельных молекул к поверхности на примере лизоцима. Юки Кимура (Y. Kimura) с соавторами рассказал о прямых интерферометрических наблюдениях в процессе конденсации и роста нанокристаллов из пара. Весьма многолюдно было на докладах, посвященных скоростному выращиванию высокочистых кристаллов, необходимых для нужд оптоэлектроники (J. Leroudier, Н. Леонюк, В.Мальцев и другие). Кстати, кристаллы ортоборатов, так необходимые для лазеров, стали темой лекции Виктора Мальцева (МГУ), которую он получил право читать в заключительный день конференции, как победитель международного конкурса Шибера (IOCG 2010 Schieber Prize). Президент Международной ассоциации по росту кристаллов А.А. Чернов с группой соавторов из Ливермора сделал доклад по дейтерий-тритиевым кристаллам для лазерного ядерного синтеза.
 

Отдельно хочется сказать о международной премии Лодиза за цикл работ по скоростному выращиванию кристаллов KDP из водных растворов, которую представил Де Йорео. В коллектив авторов вошли также профессор Л.Н. Рашкович (МГУ) и его ученица Н.П. Зайцева (США). Они показали, что могут выращивать высокочистые кристаллы даже при больших пересыщениях, когда, казалось бы, из-за высоких скоростей роста качество кристалла должно ухудшаться. Совершенство кристалла связано с морфологической стабильностью растущей поверхности. Ею можно управлять, ускорив диффузию перемешиванием, а также замедлив поверхностные процессы путем управления активностью дислокационных источников. Сейчас они за два месяца выращивают кристаллы KDP весом до полутонны (около 5 см в сутки).
 

Таким образом, даже ведущие мировые исследования фундаментального и прикладного характера тесно связаны с разработками российских ученых. Приятно отметить, что сотрудники нашего института тоже оказались не последними на этой аллее звезд. А доклад директора члена-корреспондента РАН А.М. Асхабова признан лучшим докладом постерной сессии конференции. Кроме того на этот раз мы решили поучаствовать в конкурсе научных фотографий. Организаторы заранее получили нашу работу под названием «Ледовый покров». Картинка представляет собой изображение небольшого участка (6х6 мкм, на фото вверху) ростовой поверхности кристалла аспирина (грань призмы), полученное с помощью атомно-силового микроскопа. Мы решили добавить к аспирину капельку северного колорита. Нельзя сказать, что это сразу стало серьезной заявкой на победу, но белый мишка вовсе не выглядел чужим на этом празднике жизни. Хотя на выставке были и поистине волшебные фотографии: бордовые «цветы» висмута, какие-то очень красивые волокна, уложенные в виде «волос», нанобашни — «самые маленькие башни в мире».
 

Конечно же, незабываемые впечатления оставили экскурсии. Мы побывали в горах в Бадалине, на площади Тяньанмэнь, в Запретном городе, у современных олимпийских построек, в Парке мира, увидели множество настоящих чудес древнего и современного Китая. А Шелковый музей (на фото слева) оказался совсем рядом с нашим отелем. Собственными глазами проследить путь от кокона до легчайшего одеяла или волшебной шелковой блузки, здесь же совершить самую нужную в жизни покупку — что еще надо научному сотруднику в Китае! Вот только настоятельному совету гида попробовать жареных шелкопрядов мы не последовали. Может быть, зря? Когда еще представится возможность? Следующая такая конференция должна пройти в Польше, точнее, в Варшаве в 2013 году, а школа по росту кристаллов — несколько раньше в Гданьске.
 

Н. ПИСКУНОВА,
кандидат геолого-минералогических наук,
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН
Сыктывкар