ОТ МЕТОДИК К МОЛЕКУЛЯРНОМУ КОНСТРУИРОВАНИЮ
Ю. Машуков, собкор "НВС".
Красноярская школа молекулярной спектроскопии
|
|
Учителя и ученики: председатель КНЦ В.Шабанов,
доктор наук А.Коршунов; председатель СО АН, академик В.Коптюг;
президент АН СССР академик Г.Марчук. 1989 г.
|
По общему признанию ученых, лазерные установки в 70-е годы дали
мощный толчок для развития спектроскопии комбинационного
рассеяния света. Появился даже новый термин -- "лазерная
спектроскопия комбинационного рассеяния". Значительно расширился
круг объектов исследования, резко повысилась точность
результатов, упростилась и ускорилась процедура их получения.
Новые экспериментальные данные дали очередной импульс
теоретическим исследованиям.
Развитие в Красноярске исследований в области молекулярной
спектроскопии с использованием современных технических достижений
стало серьезным этапом становления этого направления науки. Среди
исследователей, занимавшихся этими проблемами, был и нынешний
председатель Президиума КНЦ СО РАН член-корреспондент В.Шабанов.
В лабораторию молекулярной спектроскопии он пришел стажером в
1964 году. Закончил В.Шабанов физико-математический факультет
Омского государственного педагогического института и поступил в
аспирантуру к А.Коршунову. По роду своей деятельности он был
теоретиком. В 1970 году успешно защитил кандидатскую диссертацию,
но его основные исследования были еще впереди.
К 70-м годам В.Шабанов уже не только создал необходимую для
развития спектроскопии комбинационного рассеяния технику
эксперимента в Красноярске, но и привлек новые силы для
исследований. Среди них были А.Сорокин, В.Подопригора,
Е.Аверьянов, А.Ботвич, В.Спиридонов, А.Втюрин, И.Кабанов, А.Федотов.
Использование методов расчета молекулярных поляризуемостей и
тензоров локального поля с учетом анизотропии межмолекулярных
взаимодействий позволило установить математическую связь
интенсивности линий спектров комбинационного рассеяния с
линейными и нелинейными поляризуемостями молекул. В 1976 году в
журнале "Оптика и спектроскопия" эта работа была опубликована
В.Шабановым и В.Подопригорой.
После этой публикации возник настоящий бум интереса к работам
красноярцев. Появилась возможность сформулировать новую теорию
комбинационного рассеяния, в которой по спектральным
характеристикам можно определять линейные и нелинейные оптические
свойства кристаллов, вычислять динамику поведения решетки
кристаллов вблизи фазовых переходов и многое другое. Практически
это означало, что зная электрические и электронные свойства
молекул и форму кристаллической решетки вещества, можно
рассчитать его оптические свойства. Эту задачу выдвигал еще
известный физик Лорентц в конце прошлого века для атомных
кристаллов типа NaCl, но и в таком виде она была решена только в
первом приближении. А для таких сложных кристаллов, как
молекулярные, она считалась вообще не решаемой. И вот, впервые
полностью эту задачу удалось решить теоретически и практически.
Результаты исследований публиковались в разных научных докладах,
но полностью они были просуммированы и изложены значительно позже
в коллективной монографии по комбинационному рассеянию света в
молекулярных кристаллах.
В 70-е годы молекулярные среды стали широко применяться в
технике, в частности, при создании устройств функциональной
электроники. Использование молекулярных кристаллов в них
обуславливалось хорошими динамическими и электрооптическими
характеристиками, а также своеобразием их реакции на внешние
воздействия. Эти свойства предопределили их применение в таких
приборах как модуляторы, дефлекторы, гетеродины, переключатели
излучения и т.д. При этом были дешевле и технологичнее
традиционно применяемых ионных кристаллов типа ниобата лития,
арсенида галлия и т.д. Некоторые кристаллы нашли свое применение
для создания более высококачественных анализаторов рентгеновского
излучения.
Полимерный кристалл полидиацетилен-толуолсульфоната оказался
очень эффективен как детектор контурного изображения и
оптоэлектронный преобразователь изображения. Нелинейные
молекулярные кристаллы стали применяться в фильтрах излучения в
качестве преобразователей ИК-излучения в видимое изображение.
Очень широкий ассортимент молекулярных кристаллов нашел свое
применение в качестве логических элементов, устройств записи и
отображения информации, в создании фотонных ячеек памяти и т.д.
Все это обуславливалось такими их свойствами, как
пироэлектрические эффекты, двулучепреломление, значительная
нелинейная восприимчивость и т.д.
Можно долго перечислять и приводить примеры открытия и
использования замечательных свойств молекулярных кристаллов.
Возникла целая научная отрасль -- молекулярное конструирование.
Она дала возможность создавать кристаллы заданного строения, а,
следовательно, и с требуемыми свойствами, необходимыми в тех или
иных приборах. Все это стало возможным благодаря КРС как методу
исследования. И если на первых этапах его развития отрабатывалась
лишь методика исследований, то создание полуклассической теории
молекулярной спектроскопии предопределило резкий прорыв в
знаниях. Это позволило поставить вопрос о синтезе материалов на
молекулярном уровне по заданным физическим свойствам.
Новая теория молекулярной спектроскопии, в создании которой роль
красноярцев была велика, позволяла проводить численные расчеты с
очень приличной точностью. После того, как теория было обкатана
на упорядоченных молекулярных кристаллах, ее стали переносить на
жидкие кристаллы. Эти работы были начаты в 1977 году В.Шабановым
совместно с молодым тогда специалистом -- Е.Аверьяновым.
Впоследствии в этом направлении стали работать В.Зырянов,
С.Ветров, А.Корец, В.Гуняков.
Исследования красноярских ученых сыграли свою существенную роль в
ускорении и развитии исследований по жидким кристаллам.
Сегодня трудно встретить человека, который бы не пользовался
удивительными свойствами жидких кристаллов. Это электронные часы,
калькуляторы, пейджеры, ноутбуки и множество других видов
профессиональной техники, где есть дисплеи, индикаторы,
модуляторы света, оптические затворы и прочие устройства
отображения и обработки оптической информации. Все они на жидких
кристаллах. Но еще два-три десятилетия назад большинство людей не
имело о жидких кристаллах никакого представления.
К исследованию жидких кристаллов методами молекулярной
спектроскопии подошли просто. Все основные спектры жидких
кристаллов стали получать при температуре их твердого состояния,
так как все жидкие кристаллы могут принимать газообразное или
твердое состояние в зависимости от температуры, давления и других
факторов. В качестве таких на первом этапе брались замещенные
бензолы: дихлорбензол, трихлорбензол, хлорнитробензол. Они
выращивались в виде твердых кристаллов и изучались при низкой
температуре. На основе спектральных данных определялись
электрооптические характеристики, их температурные изменения и
дисперсия. Эти результаты использовались при определении
структурных электрооптических и динамических свойств ЖК по
аналогичной методике, которая была разработана для упорядоченных
молекулярных кристаллов. Обнаружено также хорошее совпадение
результатов, хотя при этом появлялось много новой и специфичной
работы.
В конце 80-х годов были открыты новые материалы, так называемые
жидкокристаллические композиты, представляющие собой тонкие
полимерные пленки с диспергированными в них каплями жидких
кристаллов. Их иногда называют капсулированными полимерами.
Размеры капсул жидких кристаллов составляют несколько микрон. В
таком состоянии размеры структурных элементов вещества становятся
соизмеримыми с масштабом физического явления, определяющего
требуемое для практики свойство. Более высокая доля поверхностных
атомов, повышенная реакционная способность, взаимодействие с
излучением и другие особенности малых частиц вызывают в
ультрадисперсных системах заметные, часто резкие изменения многих
физических параметров и свойств. Это, безусловно, вызывает все
возрастающий интерес теоретиков, экспериментаторов и практиков.
Возникло новое направление -- физика жидкокристаллических
композитов. Красноярская школа физиков безусловно отреагировала
на эти открытия. В начале 90-х годов В.Шабанов поручил вести
исследования в этой области В.Зырянову, кандидату наук,
окончившему КГУ, и с 1979 года работающему в отделе оптики.
В 1991 году был освоен процесс получения планарных пленок с
диспергированными в полимерной матрице поливинилбутираля каплями
сегнетоэлектрических жидких кристаллов. Изучением оптоэлектронных
свойств этого материала активно занялась группа в составе
С.Сморгона, В.Преснякова, А.Баранника и А.Шабанова. За
красноярской школой исследователей с 1991 года закрепился
приоритет в исследованиях этого нового вида материала. Это
означало, что даже зарубежные ученые, занимающиеся исследованиями
в этой сфере, стали ссылаться в своих работах на результаты,
полученные в красноярской лаборатории молекулярной спектроскопии.
Исследования нового материала проводились комплексно. По
теоретически рассчитанным параметрам осуществлялась
экспериментальная проверка результатов. В основу теоретических
расчетов была положена ранее созданная методика красноярской
школы молекулярной спектроскопии. Многолетние теоретические и
экспериментальные исследования по новому композитному материалу --
планарно ориентированным пленкам капсулированных
сегнетоэлектрических жидких кристаллов -- показали, что
оптоэлектронные свойства, создаваемые на их основе, по ряду
эксплуатационных характеристик превосходят свои прежние аналоги.
Причем, особо следует отметить более простую и дешевую технологию
их изготовления, надежность функционирования и стабильность
светотехнических характеристик, улучшение контрастности даже
после длительной работы материала. Системы адресации и управления
новыми пленками были на порядок дешевле традиционно используемых
на производстве. Новый материал сочетал в себе лучшие качества
жидких кристаллов и гибкость полимерных пленок. Использование
новых структур открывает перспективу изготовления гибких экранов
дисплеев и телевизоров, сворачивающихся в трубку, причем
быстродействие последних соответствует стандартам телевидения.
Кроме того, исследования подтвердили, что ультрадисперсные
материалы (наноструктуры) занимают в материаловедении
приоритетное положение, открывая широкую дорогу решениям
теоретических и практических проблем атомной инженерии,
позволяющей конструировать материалы на нано-(атомном) уровне.
В процессе изучения планарных композитных пленок с жидкими
кристаллами проведены также большие работы совместно с
Красноярским техническим университетом по решению вопросов
технологии изготовления пленок и оборудования для их
производства, а также по созданию приборов, использующих эти
пленки.
Красноярская школа молекулярной спектроскопии, основателем
которой был А.Коршунов, продолжает жить и развиваться. Сегодня
она прошла свой путь от создания первой лабораторной установки на
ртутных лампах для получения СКР молекулярных кристаллов до
создания теории молекулярной спектроскопии, ставшей практическим
инструментом в современной атомной инженерии. Сам А.Коршунов
своевременно заметил молодого лидера в своей школе -- В.Шабанова
и в 1980 году передал ему свою лабораторию, а в последствии и
отдел. Выйдя на пенсию по достижении предельного возраста,
А.Коршунов скончался в 1991 году.
В этом году исполняется сорок семь лет со дня создания
красноярской научной школы молекулярной спектроскопии. За этот
период подготовлены сотни высококвалифицированных специалистов по
аналитическим методам молекулярной спектроскопии. Многие из них
стали уже и докторами наук. Среди них член-корреспондент РАН
В.Шабанов, В.Подопригора, Е.Аверьянов, А.Рубайло, С.Ветров,
Л.Жидков, А.Третьяков и другие.
Красноярская школа продолжает формировать новые кадры и осваивать
новые научные рубежи.
г. Красноярск.
стр.
|
