ВЫСОКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

18 июля 2022 года исполнилось 70 лет со дня рождения кандидата физико-математических наук Владимира Викторовича Щенникова — разработчика оригинального метода измерений эффекта Зеебека в условиях приложенного внешнего высокого давления.

После окончания физического факультета УрГУ (ныне УрФУ) в 1974 г. В.В. Щенников пришел в Институт физики металлов УрО РАН, где проработал около 40 лет (он ушел из жизни 25 января 2014 года). Научную карьеру начал в лаборатории полупроводников и полуметаллов. Руководителем его кандидатской диссертации был известный ученый, автор ряда ставших уже классическими монографий по физике полупроводников И.М. Цидильковский, избранный впоследствии в академики РАН.

В.В. Щенников создал и на протяжении многих лет возглавлял научную группу высоких давлений, позднее преобразованную в лабораторию. Сфера его научных интересов была связана с электронными свойствами материалов в экстремальных условиях высокого давления. Приложенное внешнее давление увеличивает плотность материалов и способно кардинальным образом изменять их физическую природу, превращая изоляторы в металлы, а металлы — в изоляторы, а также вызывая разнообразные структурные и электронные фазовые переходы в необычные состояния. Пионерские исследования в этой области были начаты американским физиком П. Бриджменом еще в начале XX в., а в 1946 г. Бриджмен за них был удостоен Нобелевской премии по физике. Упомянем, в частности, что одним из первых его «необычных» открытий был так называемый «горячий лёд»: состояние льда, стабильное при умеренно высоком давлении, температура плавления при этом существенно выше комнатной.

Вдохновленный этими результатами, В.В. Щенников начал разрабатывать свои собственные аппараты и камеры для получения высоких давлений и измерений электрофизических свойств твердых тел в этих экстремальных условиях. Ему принадлежит более десятка авторских свидетельств об изобретении и патентов на полезную модель. Важным этапом стало создание миниатюрных камер высокого давления для измерения эффекта Зеебека, показывающего способность материала генерировать электрическое напряжение (термоЭДС) при возникновении разницы температур между краями образца. Этот эффект является определяющим для термоэлектрических материалов, используемых в преобразователях тепловой энергии в электрическую и представляющих собой перспективное направление в «зеленой» энергетике. Методика, разработанная В.В. Щенниковым, позволяет определять, как меняется способность материала генерировать электроэнергию в зависимости от величины приложенного к нему давления. Оказалось, что для некоторых материалов можно добиться колоссального улучшения этой способности, причем с помощью довольно умеренных давлений. Как автор этих оригинальных разработок уральский физик был избран членом-корреспондентом Международной термоэлектрической академии. Результаты своих исследований он представлял на многих международных конференциях по физике и технике высоких давлений, термоэлектрикам и другим проблемам. 

Выводы В.В. Щенникова применимы и в фундаментальных исследованиях. Например, можно определить устойчивость типа электрической проводимости (электронной или дырочной) в полупроводнике в зависимости от приложенного давления. Были открыты материалы разных групп, в которых тип электрической проводимости может либо обратимо, либо необратимо меняться под действием давления. Результаты этих исследований пока не нашли широкого практического применения. Однако в ближайшие десятилетия ситуация может кардинально измениться в связи с плавным переходом к наноэлектронике. Тогда субмикронные полупроводниковые элементы, в которых тип электрической проводимости может управляться при помощи небольшого механического напряжения, могут быть включены в интегральные схемы и электронные устройства.

Современный мировой тренд в исследованиях материалов в экстремальных условиях — создание высокого давления путем сжатия двух наковален, изготовленных из ювелирных алмазов. Алмаз до сих пор считается самым твердым из известных и доступных материалов, к тому же он прозрачен и бесцветен. Такие наковальни идеально подходят для оптических и рентгеноструктурных исследований при высоком давлении. Однако они плохо подходят для измерений термоЭДС и других электрофизических свойств. Поэтому методики В.В. Щенникова, основанные на использовании непрозрачных черных синтетических алмазов и твердых сплавов, до сих пор остаются уникальными. Научные исследования с применением высоких давлений активно ведутся в ИФМ УрО РАН и сегодня. В Екатеринбурге сложились и развиваются научные группы, в которых используются по-своему уникальные экспериментальные методики достижения высоких давлений — лаборатории В.П. Пилюгина и М.В. Дегтярева в ИФМ УрО РАН, группа высоких давлений Ю.Г. Зайнулина в Институте химии твердого тела УрО РАН. Оригинальные исследования при высоких давлениях также ведутся в Уральском федеральном университете под руководством А.Н. Бабушкина на кафедре физики конденсированного состояния и наноразмерных систем.

Безгранично преданный науке Владимир Викторович навсегда останется в нашей памяти!