Сыктывкарские ученые впервые в мире синтезировали алмазное стекло и экспериментально доказали возможность существования «алмазных» звезд.

Алмазная наковальня.

Геологи смотрят в космос

Как связаны между собой две науки – астрономия и геология? Возможно, этот вопрос мог бы поставить в тупик даже знатоков клуба «Что? Где? Когда?». Но только не Татьяну Шумилову – заведующую лабораторией минералогии алмаза Института геологии Коми научного центра. Вот уже десять лет она занимается темой алмазообразования в недрах земли. И, ставя одну задачу, получила параллельный результат, имеющий огромную ценность для фундаментальной науки.
Исследования доктора геолого-минералогических наук Шумиловой позволили заглянуть в тайны Вселенной и экспериментально доказать возможность существования так называемых белых карликов – звезд, в которых углеродное вещество находится в виде «алмазного» расплава.
К сожалению, так бывает: ученый с мировым именем больше известен на Западе, чем на своей родине, и об открытиях, которые совершаются в Коми, буквально у нас под носом, мы практически ничего не знаем. Этот позорный пробел «Трибуна» попыталась восполнить в беседе с ученым.

Исследователь Татьяна Шумилова заглянула в тайны Вселенной.

Миллиард градусов

— В ходе экспериментов, используя алмазные наковальни с лазерным нагревом, мы смогли достичь экстремально высоких температур — порядка 5–10 тысяч градусов по Цельсию, – рассказывает Татьяна Григорьевна. – Примерно такие же в земном ядре или на поверхности Солнца.
– Что такое алмазная наковальня?
– Это два высококачественных кристалла алмаза, не уступающие по качеству ювелирным бриллиантам. Экспериментальный материал зажимается между ними под большим давлением, нагревается и затем охлаждается с гигантской скоростью — миллиард градусов в секунду. Это позволило нам закалить углеродный расплав и получить аморфный материал — настоящее алмазное стекло. К сожалению, наши научные разработки были реализованы не в Сыктывкаре и даже не в России. Это объясняется необходимостью использовать оборудование, которое в России пока практически отсутствует. Пришлось задействовать зарубежные научные центры, искать спонсоров, потому что бюджетных денег для того, чтобы проводить такие исследования, у нас нет. Первые опыты мы провели еще в 2008 году на базе одного из немецких университетов, дополнительные – в лабораториях в США, где такими экспериментами занимается наш бывший соотечественник Александр Гончаров.
– Где можно использовать алмазное стекло?
– У алмазного стекла отличные оптические и тепловые свойства. Благодаря нашим экспериментам и технологическим приемам можно разрабатывать оригинальные способы получения сверхтугоплавких металлов и новых соединений. Это открывает возможности для создания сверхскоростных электронных устройств, квантовых компьютеров, космических технологий. Не исключено, что подобный материал когда-нибудь совершит переворот в микроэлектронике.
– Как у вас появилась эта тема? Вы уже пришли с ней в Институт геологии?
– В наш Институт мы приехали в 1991 году вместе с мужем после окончания Ленинградского горного института. Сразу оба поступили в аспирантуру и через три года защитили кандидатские диссертации. Но наши научные интересы развивалась в разных направлениях. Кандидатская мужа была посвящена месторождению олова в Казахстане, затем он занимался месторождением золота «Чудное», кварцевыми песками… Я все это время занимаюсь алмазной тематикой. В 2003 году в 34 года я защитила докторскую диссертацию (моим научным руководителем был академик Юшкин). Диссертация была посвящена многообразию минералов и других аморфных состояний углерода.
– Давайте напомним читателям, что алмаз – это тоже углерод.
– Да, как и графит (все пользуются простыми карандашами с графитными стержнями), но они имеют разную кристаллическую структуру, которая и определяет принципиально разные свойства этих материалов. Помимо этих двух минералов существует еще большое количество углеродных веществ, в частности графен, о котором тоже, наверное, многие наслышаны, потому что за его открытие была вручена Нобелевская премия.

Звездные раны Земли

– Расскажите о вашей лаборатории.
– У нас всего восемь сотрудников: один доктор геолого-минералогических наук, два кандидата, три инженерно-технических работника, два геолога. Это одна из самых молодых лабораторий в Институте, и я на-деюсь, что администрация даст нам возможность развиваться и расширять тематику исследований. Сейчас мы получили два больших гранта от Российского научного фонда и РФФИ.
– Насколько больших? На что их хватит?
– На проведение нормальных исследований, в том числе за границей, на покупку необходимого оборудования. К слову, на средства гранта мы смогли приобрести квадрокоптер и разработали технологию, как использовать эту технику в геологических целях. Прошлым летом мы уже запускали его и получили очень интересную информацию. Не скажу, что грант РНФ – это подарок судьбы. Это результат упорного труда, ведь мы получили его только с четвертой попытки. Сейчас пытаемся оправдать выделенные средства. Получаются интересные результаты, но они связаны не с алмазообразованием, а с другой, не менее интересной темой
изучения ультавысокобарных импактных стекол. Эти стекла мы обнаружили в 2015 году, когда ездили на Карскую астроблему.
– Астроблема – это…
– Это звездная рана Земли. Такой вот романтический термин. А если проще – это древний импактный (ударный) кратер. Карская астроблема – одна из самых крупных в мире, ее диаметр – 65 км, а возраст около 70 млн лет.
– И в чем ваш научный интерес?
– В результате падения огромного астероида на месте удара под воздействием огромных давлений и высоких температур образовались необычные породы – импактиты. Они содержат большое количество микрокристаллов алмазов. По мере изучения этого кратера мы обнаружили также необычные образования – стекла кварцевого состава в ультрасжатом состоянии. Эти стекла могут обладать важными оптическими свойствами. Сейчас подобные объекты широко изучаются физиками. В общем, и там, и здесь – про стекло, только стекла разного состава. Оба гранта выделены нам на три года.
– Что вы должны показать на выходе?
– Насколько много этих стекол, каково их состояние и можно ли будет использовать их как материал.

Не пускают из-за санкций

– Ваше открытие алмазного стекла запатентовано?
– Вопрос не простой. Поскольку мы смогли изучить материал только за границей, то зарубежные коллеги, естественно, видели наши результаты. Пока мы не занимались патентованием, наша задача была опубликовать тот интеллектуальный результат за нашим авторством. Это и было сделано. Статья вышла в престижном журнале «Carbon». Что касается дальнейшего – мне трудно сказать, как поведет себя американская сторона. Коллеги, с которыми мы работали в Национальном исследовательском центре Министерства энергетики США Аргона, как мне кажется, люди честные, тем более, что это преимущественно наши бывшие соотечественники.
К сожалению, в лабораторию, где проводились основные исследования, нас сейчас не пускают из-за санкций. Американские коллеги всяческими путями пытались получить для нас разрешение, меня даже пригласили в Гавайский университет, чтобы продолжить исследования, там у меня и сейчас есть позиция, но все равно…
Алмазоподобные стекла – эта тема все время держится в голове. А как только будет возможность, мы продолжим исследования. И для Коми получение инновационных материалов – очень важно. Мне хочется, чтобы республика звучала и позиционировала себя по-новому. Как инновационный центр, где двигают науку и могут предложить что-то полезное.

Есть все, кроме денег

– Российская наука страдает не только из-за недостаточного финансирования. Еще одна проблема – «утечка мозгов». А вы разве не мечтали уехать?
– Был период, когда было совсем трудно в науке, мы с мужем хотели поехать за границу. Тем более, что и предложения были. Но что-то не срослось, и я об этом не жалею. Мне кажется, что здесь тоже можно кое-что сделать. Хотя, если бы были вложения, госзаказ, мы могли бы сделать гораздо больше. У нас столько открытий легло в стол! А сколько было открытий, которыми пользуются японцы, американцы – только не мы. В нашем Институте висит карта с уже разведанными месторождениями, где наглядно видно – у нас есть все! Но нет спроса – и месторождения «стоят». Это уже вопрос индустриального развития страны. То есть системная проблема, которая не решается на уровне региона.

Беседовала Елена ШЕЛЕСТ.