КЛЮЧИ К ПОСТРОЙКЕ МАТЕРИАЛОВ

В этом году несколько уральских проектов получили гранты по приоритетным направлениям недавно созданного Российского научного фонда (полный список см. «Наука Урала», № 15 с.г.). Это небывало крупные для наших ученых гранты, прошедшие, по многим оценкам, очень серьезную и объективную экспертизу. Поэтому каждая тема и каждый руководитель, а также его команда достойны особого внимания. Сегодня «НУ» представляет тему «Разработка методов компьютерного моделирования, основанных на численном решении квантово-механической задачи, для проведения поисковых исследований новых перспективных материалов», заявленную под руководством зав. лабораторией оптики металлов Института физики металлов доктора физико-математических наук В.И. Анисимова. Что стоит за этой формулировкой? Как именно и кем будет осуществляться замысел? На эти вопросы мы постарались ответить с помощью самого Владимира Ильича и его сотрудников.
— Если совсем коротко, то конечная цель наших исследований по гранту — разработать компьютерный код, посредством которого будут определяться или прогнозироваться физические свойства новых материалов и их составляющих, — рассказывает профессор Анисимов. — Предположим, химики синтезировали новое вещество, и с помощью наших методов мы сможем дать рекомендации, для чего его стоит использовать. Или предсказать, что именно надо синтезировать для той или иной цели. Возможно, это звучит несколько самонадеянно, но именно такую задачу мы взялись выполнить.
— Можно ли сравнить конструирование новых материалов с «обычным» строительством?
— Тогда уж с фундаментом под строительство. Если новые технологии — это здание, в котором будет жить человечество завтра, то новые материалы — фундамент этого здания.
— Но закладывать фундаменты под «настоящие» здания люди начали учиться несколько тысячелетий назад и методом проб и ошибок накопили по этой части огромный опыт. История создания «неприродных» материалов и веществ гораздо короче…
— Да, началась она приблизительно в середине 19 века в результате важнейших химических открытий и промышленной революции. Тогда это были в основном краски, кислоты, удобрения. Настоящим толчком к появлению индустрии новых материалов в современном понимании — то есть таких, которые надо действительно заново «выстраивать», — послужило развитие электроники в середине 20 века, когда появилась магнитная запись, стали широко использоваться полупроводники, потом возникла скоростная связь, компьютерная техника. Все это потребовало действительно новых составляющих. И поначалу «сочинялись» они также методом проб и ошибок. Химики, технологи что-то синтезировали, меняли структуру существующих материалов с помощью различных добавок, но делали это скорее эмпирически, нередко заходя в тупик, с большими временными и другими затратами. Так вот мы хотим сделать этот поиск целенаправленным, создать цельную его теорию.
— …то есть постараться отсечь возможные «тупики»?
— Можно сказать и так. Принципиально важно, что мы готовы обеспечить возможность прогнозирования результата, улучшить условия поиска и подсказать, в каком месте искать.
— Занимается ли этим еще кто-то, есть ли у вас конкуренты?
— Конечно, этим занимаются во многих странах. Но здесь необходимо уточнить: объект нашего внимания — не материалы вообще, а так называемые сильно коррелированные материалы. Это совсем свежая область, возникшая лет 25 назад, после открытия явления высокотемпературной сверхпроводимости, когда появился активный интерес к материалам с аномальными свойствами. Сначала это были вещества, обеспечивающие высокие температуры сверхпроводящего перехода, затем — с эффектом колоссального магнетосопротивления, а теперь это очень широкий спектр веществ с аномальным откликом на внешнее воздействие — магнитного, электрического полей, температуры, светового облучения. Ведь если такой отклик есть, вещество может служить прекрасным измерительным датчиком, материалом для новой электроники: магнитной записи, очередного поколения базовых чипов и так далее. Перспективы у таких материалов огромны: сегодня на их основе всем хочется иметь сверхпроводящий кабель, передающий данные без потерь, новые типы магнитных датчиков, практически использовать явление левитации. Стандартные методы, применяемые для исследования обычных полупроводников, металлов, изоляторов, к «аномальным» материалам неприменимы. У нас же в названной области накоплен приличный опыт, поэтому мы можем поспорить с любыми конкурентами.
Лучшее подтверждение этих слов — научная биография Владимира Ильича Анисимова, включающая достижения мирового класса. Выпускник Новосибирского университета, в Институте физики металлов он работает с 1976 года и прошел здесь путь от аспиранта до зав. лабораторией оптики металлов. Его кандидатская диссертация, защищенная в 1980-м, была посвящена кластерному подходу к расчету электронной структуры кристаллов, докторская (1990) — аналогичному расчету уже для соединений и сплавов переходных металлов с примесями и дефектами, то есть тех самых сильно коррелированных материалов. В этой работе был предложен принципиально новый метод расчета, модифицирующий общепринятый раньше с учетом корреляционных эффектов и получивший название LDA+U. Он объединяет стандартные подходы к расчетам зонной структуры с методами, применяемыми при решении модели Хаббарда. Метод получил настолько широкое признание среди специалистов по электронной структуре, что возможность расчета этим методом теперь предусмотрена в каждом из распространенных в мире специализированных программных пакетов. А когда в центр внимания материаловедов все чаще стали попадать структуры, «не разгадываемые» этим методом, Анисимов расширил и его возможности. Работа по гранту РНФ — по существу, новый этап такого расширения.
Об интересе научного сообщества к названным исследованиям красноречиво говорит такая цифра: число ссылок на публикации Владимира Ильича достигло 12 тысяч (для сравнения, у всемирно известного математика и физика-теоретика академика Л.Д. Фаддева этот показатель — 13 820). Анисимов и его сотрудники активно взаимодействуют с ведущими учеными Германии, Швейцарии, Нидерландов, США, Японии и других стран. Убедительным подтверждением международного признания вклада ученого в развитие теории электронной структуры сильно-коррелированных соединений стало присуждение Анисимову в 2001 году премии фонда Александра фон Гумбольдта (Германия), в списке обладателей которой — нобелевский лауреат В.Л. Гинзбург, другие выдающиеся люди.
В беседе с Владимиром Ильичом я задал ему и такой немаловажный для понимания специфики его работы вопрос:
— Сфера ваших интересов — прежде всего теоретические расчеты и моделирование. Но возглавляемая вами лаборатория оптики металлов, судя по названию, должна заниматься прикладными вещами. Как это сочетается?
— Объясню, в чем дело. Конечно, прежде всего я — теоретик, и моя группа — теоретическая. Однако пятнадцать лет назад меня назначили заведовать экспериментальной лабораторией в русле общей политики института. В ИФМ это принято — ставить во главе экспериментальной лаборатории хорошего теоретика, что имеет большие преимущества: появляется возможность быстро осмыслить и оценить результаты ведущихся измерений и экспериментов. Допустим, «прикладники» измерили оптический спектр какого-то металла. Нашими же методами можно помочь в теоретическом истолковании полученных данных, объяснить, как целесообразнее их использовать. Это резко увеличивает эффект экспериментальной работы, придает ей комплексность и «объем».
Но наибольший эффект в группе и лаборатории Анисимова, — а значит, и в коллективе, работающем по новому гранту, — дают, похоже, кадровая политика лидера и общая атмосфера, царящая здесь. Владимир Ильич — еще и педагог со стажем, профессор физико-технического факультета УГТУ-УПИ, много лет читает курс лекций по своей специальности, отбирая одновременно будущих сотрудников «для себя». Под его руководством защищено около 20 кандидатских и 3 докторских диссертации. При этом выращенные им «мозги» сейчас не только не «утекают» за рубеж, как было в прежние годы, но, даже попробовав себя в других, гораздо более доходных сферах, возвращаются «под крыло» Анисимова. Почему?
В определенном смысле ответом можно считать историю карьеры двадцатидевятилетнего сотрудника лаборатории оптики металлов кандидата наук Дмитрия Новоселова. В 2007 году он окончил физтех, диплом защищал у Владимира Ильича, практику проходил в Институте физики металлов. Затем ушел в крупный коммерческий холдинг, где быстро дорос до руководителя отдела, потом открыл собственный бизнес. Дела шли хорошо, но в 2011 году Дмитрий, уже семейный человек, ушел из бизнеса и вернулся в ИФМ, на весьма скромную зарплату, то есть принял решение, на взгляд многих, по меньшей мере странное. Однако сам Новоселов ни о чем не жалеет — напротив.
— Конечно, для меня это был непростой, но вполне осознанный выбор, — объясняет он. — Если хотите — выбор мировоззрения. Ведь бизнес есть бизнес, при всей творческой составляющей его конечная цель — деньги, получение прибыли. Главная же задача ученого — создание чего-то принципиально нового, позволяющего продвигаться по пути познания. А это — совершенно иной взгляд на вещи, другие отношения между людьми. И в один прекрасный момент я окончательно понял, что второе мне ближе, и если сейчас не вернусь в науку — то не вернусь в нее никогда. За пару лет снова набрал форму, в 2013-м защитил кандидатскую и теперь чувствую себя вполне уверенно и комфортно. Очень нравится обстановка в лаборатории, где под руководством Владимира Ильича Анисимова собрались действительно одаренные, талантливые люди, работающие на мировом уровне — другие здесь просто не приживаются. Большинство публикуются в престижных журналах, постоянно набирают вес в профессиональном сообществе. Особенно важно, что идет активное взаимодействие с зарубежными коллегами. За время работы в лаборатории я побывал в Кельне, Венеции, Шанхае, Стамбуле и многих других городах, познакомился с крупными исследователями, многому у них научился. Все это очень стимулирует. Что касается оплаты труда — то и она, опять же во многом благодаря стараниям Владимира Ильича, постепенно выходит на приличный уровень. Думаю, что и без большого гранта РНФ мы жили бы достойно, хотя грант открывает совершенно новые возможности.
В числе исполнителей гранта — 20 человек, в основном из лаборатории оптики металлов, часть специалистов — из лаборатории рентгеновской микроскопии. Характерно, что 75 процентов из них — ученые возраста до тридцати девяти лет, два аспиранта и один студент, как и требуется по положению. То есть коллектив динамичный, молодой, которому многое по плечу. А вот что сказал Владимир Ильич Анисимов, оценивая новую систему больших грантов РНФ в целом:
— На мой взгляд, это очень правильная, перспективная система. Наконец, у российских ученых появилось то, что действительно может поддержать серьезные проекты. Я с большим уважением отношусь к Российскому фонду фундаментальных исследований, он не раз нас поддерживал. Но максимум, на что приходилось рассчитывать — 600 тысяч рублей в год. Реально на такую сумму можно приобрести кое-какую технику, но никак не обеспечить интеллектуальный прорыв. Теперь же мы имеем в десятки раз больше: ежегодные 20 миллионов нашего гранта — это очень серьезная сумма. Под нее можно ставить настоящую цель, не отвлекаясь ни на что другое. И теперь как руководитель я могу удвоить, утроить премиальные хорошо работающим сотрудникам. При этом отчетность по этапам работы близка к привычным требованиям РФФИ, в отличие от федеральных целевых программ и им подобных. И никакого роста бюрократизации, о которой так много говорят, нами не отмечено. Уверен: прогрессивные условия Российского научного фонда дадут отличный результат сейчас и в будущем.
Добавим, что РНФ поддерживает лишь те проекты, которые соответствуют его приоритетным направлениям и проходят через сложнейший фильтр высококвалифицированной и неангажированной оценки. Проект Анисимова такую проверку выдержал в том числе и потому, что его команда заряжена на профессиональный успех и позитив — в отличие от академических коллективов, где озабочены исключительно своим выживанием в условиях реформ. А это значит, что новые «ключи» к постройке материалов завтрашнего дня от специалистов Института физики металлов появятся с неизбежностью.

Андрей ЮРЬЕВ,
фото С. НОВИКОВА