Наука-XXI. Прорыв на атомном уровне

С 22 по 25 мая 2006 года на борту судна "Господин Великий Новгород" прошёл Третий международный научный семинар "Современные методы анализа дифракционных данных (топография, дифрактометрия, электронная микроскопия)". Два предыдущих семинара прошли в 2002 и 2004 годах в НовГУ им. Ярослава Мудрого. Инициаторами проведения семинара по данной тематике являются НовГУ и Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН. В число организаторов третьего семинара вошли МГУ им. М.В. Ломоносова, Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН и немецкий научный центр "DESY" из Гамбурга. Семинар проводился при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и научного центра "DESY". В работе семинара приняли участие ученые из ведущих академических институтов и университетов России, а также группа зарубежных ученых, представляющих ведущие научные организации и университеты США, Кореи, Австралии, Германии, Италии, Франции, Чехии, Украины, Армении. Все заседания семинара прошли на борту судна "Господин Великий Новгород", которое совершило круиз по озеру Ильмень, р. Волхов, Ладожскому озеру и р. Нева. Завершился семинар в Санкт-Петербурге. Для участников семинара была подготовлена обширная культурная программа, включающая в себя экскурсии по Великому Новгороду, Старой Ладоге, крепости Орешек, выступление Лауреата Госпремии России Н.Н. Кузьминой, а также концерт джаз-оркестра "Новгород" под управлением засл. деятеля культуры России А.П. Малышева. Участники семинара организовали товарищескую встречу по футболу с юными моряками, находились в течение семинара с ними в тесном контакте и отвечали на многочисленные их вопросы. Каждый вечер, включая и большую часть ночи, на судне проходила дискотека с различными конкурсами. Забегая немножко вперед, скажем, что семинар понравился всем участникам, включая иностранных учёных, кюмовцам - клубу юных моряков Великого Новгорода и самим организаторам.

О целесообразности проведения семинара по данной тематике и его итогах мы беседовали с председателем Программного комитета, доктором физико-математических наук, профессором кафедры физики твердого тела МГУ Владимиром Алексеевичем Бушуевым, который на сегодня является одним из ведущих не только в России, но и в мире физиков-теоретиков, работающих по данной тематике, и доктором физико-математических наук, научным руководителем Совместной с ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН научно-учебной лаборатории Леонидом Нестеровичем Данильчуком - признанным российским специалистом в области рентгеновской топографии и физического материаловедения.

- Каковы основные научные направления семинара?

Владимир Бушуев. На семинар приехали практически все ведущие ученые России и ряд крупных специалистов из-за рубежа, которые занимаются исследованиями различных материалов - полупроводников, диэлектриков, металлов, различных сплавов с использованием современных дифракционных методов.

Сегодня исследованиям в этом направлении уделяется особое внимание, так как с развитием нанотехнологии и созданием нового класса приборов и микросхем исследования приходится проводить на уровне отдельных атомов. К совершенству кристаллов предъявляются жесточайшие требования. Чтобы получить необходимую информацию о структурном совершенстве монокристаллов, используется комплекс методов. Понятно, что в первую очередь интерес представляют неразрушающие и высокоразрешающие методы. Именно к таким методам можно отнести топографические и дифрактометрические методы. Рентгеновское излучение как раз приспособлено для решения большого количества стоящих задач, так как размер его волны примерно равен расстоянию между атомами.

Леонид Данильчук. В тематике докладов большое внимание уделялось не только практике рентгеновской топографии, но и рентгеновской дифрактометрии. Этот метод обнаруживает дефекты кристаллов по изменению интенсивности отражения лучей, изменению формы сигнала. С его помощью можно исследовать идеальные кристаллы и те же кристаллы и после их обработки. Такие воздействия дают определенный эффект на структуре, так что можно отслеживать довольно тонкие процессы. Секция электронной просвечивающей микроскопии демонстрирует следующий уровень исследования, с более высоким разрешением (вплоть до изображений отдельных атомов). Правда, здесь анализируются не реальные приборы, а тонкие чешуйки толщиной 1000 ангстрем (10-7 метра). Такого рода снимки (с хорошим разрешением) могут сделать разработчики в странах, где был освоен выпуск электронных микроскопов (Англия, Япония, Германия, США). Эта методика очень информативная, но разрушающая кристалл. Зато ученые видят дефекты, которые увидеть нам - топографистам, пока не по силам.

- Какие из идей, представленных на семинаре, Вам кажутся на сегодня интересными и перспективными?

Владимир Бушуев. Все, и не только специалисты, знают об успехах применения лазера в оптике. С момента его возникновения возникло колоссальное количество направлений технологического и научного использования этого луча. А в рентгеноскопии такого источника нет. А жаль, ведь это существенно ускорило бы и темпы исследования, и, соответственно, скорость доведения разработок до промышленной стадии. Сейчас используются синхротроны - приборы, основанные на эффекте, когда из ускорителя электроны, вращаясь по орбите, испускают узко направленные рентгеновские лучи. К сожалению, работают они тоже недостаточно эффективно. В США и Германии ведутся работы по конструированию рентгеновского лазера на свободных электронах. Возможно, в ближайшем будущем нас ждет в этом направлении резкий прорыв. В России эти вопросы впервые обсуждаются именно на семинаре в Великом Новгороде. Многие научные результаты были озвучены нашими зарубежными коллегами впервые.

Работа конференции показывает, что использование рентгеноскопии универсально: она применяется в медицине, топографии, для цифровой обработки информации. Идеология одна: в современном мире надо не глазом, а прибором дефекты смотреть. В Новгороде собрались ученые, чьи усилия сосредоточены на проблеме визуализации внутреннего строения практически любых объектов при помощи рентгеновских лучей: кристаллов полупроводников, гетерокомпозиций (за что, кстати, Жорес Алферов получил Нобелевскую премию), биоструктур, структур с квантовыми точками, композитов.

Леонид Данильчук. Среди участников практически все ведущие и признанные в России и за рубежом специалисты, работающие как в учебных заведениях, так и в институтах российской академии наук, а также представители ведущих зарубежных научных центров из Германии, Кореи, Австралии, США, Франции, Италии и др. Россия и Великий Новгород достойно представлены на семинаре, но есть чему и поучиться у наших коллег. Часть работ затрагивает военную сферу, и мы видим на нынешнем семинаре лишь верхушку айсберга. Из новейших исследований мне запомнилась совместная с корейцами работа Т.С. Аргуновой (сотрудник физтеха), посвященная исследованию монокристаллов с помощью синхротронного излучения. Это излучение рентгеновское, но сверхмощное. Для примера: мы снимаем кристалл за 10 часов, там - его же за доли секунды.

Направление чрезвычайно перспективно, и в России там, где имеются ускорители - Нижний Новгород, Саров, Москва, работы ведутся полным ходом. Отмечу доклады украинских коллег, особенно молодых ученых, которые получили первую и вторую премии в конкурсе докладов - 5000 и 4000 рублей соответственно. Характерной особенностью семинара явилось то, что многие доклады российских ученых по просьбе иностранных коллег были представлены на английском языке, что очень важно для развития международного научного общения.

- Что Вы можете сказать об организационных особенностях этого семинара?

Владимир Бушуев. По сравнению с предыдущими семинарами мы расширили тематику, пригласили больше ученых из США, Германии, Кореи, Австралии. Причем все они приехали! Можно утверждать, что наш семинар набирает обороты: увеличивается число научно-исследовательских институтов - участников - было 6, теперь - 9, число зарубежных участников - было 26 иностранцев, теперь 52. Это очень важно, поскольку сейчас для нашей науки необходима кооперация с зарубежными партнерами. Дело в том, что у нас нет достаточного количества источников синхротронного излучения, это дорогое удовольствие, при этом по многим проблемам у нас теоретический приоритет перед Западом. В результате обмена идей на "железо" получаются очень красивые работы.

На конференции представлены почти все российские университеты и академические институты, занимающиеся рентгеновской проблематикой: Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Новосибирск, Москва, Сыктывкар, Нальчик, Черноголовка и др.

Леонид Данильчук. Перед семинаром новгородцы в соответствие с решением второго семинара выпустили две монографии: одну нашу и одну совместно с учеными из института физики полупроводников СО РАН. Выпуск монографий стал возможен только благодаря поддержке президента НовГУ А.Л. Гаврикова, а также Автономной некоммерческой организации "Новгородский центр стандартизации, метрологии и сертификации" Великого Новгорода и Новгородского областного отделения КПРФ.

Если говорить об основных организаторах и спонсорах семинара, то это НовГУ, МГУ им. М.В. Ломоносова, Отделение физики диэлектриков и полупроводников Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН, немецкий центр синхротронного излучения (HASYLAB of DESY, Hamburg, Germany), РФФИ и Муниципальное учреждение дополнительного образования детей "Клуб юных моряков".

С чем связано проведение такого крупного мероприятия именно в Великом Новгороде?

Владимир Бушуев. Во-первых, все специалисты уже давно рассматривают Новгород как филиал ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, во-вторых, здесь появилась очень сильная группа учёных во главе с Л.Н. Данильчуком - это В.А. Ткаль, А.О. Окунев и другие. В Великом Новгороде подрастает очень талантливая молодёжь, зарекомендовавшая себя уже на престижных российских научных конференциях. Научных мероприятий по данной тематике немного, всего три. Одна конференция проводится институтом кристаллографии в Москве, по тематике и числу участников она очень широка, причем настолько, что несколько размывается основная идея. Когда в конференции принимает 400-500 участников, то заниматься в такой обстановке конкретными вопросами трудно. Есть конференция, которую проводит "однофамилец" Великого - Нижний Новгород. У них несколько отличная тематика: изучаются многослойные структуры, используется не дифракция, а методы отражения.

Семинар, проводимый в Великом Новгороде, выгодно отличается от своих собратьев тем, что здесь в спокойной обстановке можно детально обсудить конкретные вопросы, интересующие физиков-рентгенщиков, выработать стратегию исследований, решить многие организационные вопросы. Семинар стал популярным, многие хотят принять в нем участие. Семинар привлек внимание и ведущих зарубежных научных центров. Это радует.

- В чем Вы видите перспективы рентгенографии и конкретно новгородского семинара?

Владимир Бушуев. Как председатель Программного комитета я столкнулся с такой проблемой, что трудно было отобрать доклады для устных сообщений, настолько много интересных работ. В любой тематике у нас участвуют лидеры, не просто исследователи, а законодатели "научной моды". Каждый представляет целое направление. Так что перспективы собственно семинара отличные. Новгородцы серьёзно работают, достигли больших успехов, а в некоторых направлениях являются пионерами и законодателями.

Что касается общенаучных перспектив, то надо понимать, что в науке не бывает так: сегодня прошла конференция, а завтра прогремела научная или технологическая сенсация. Идет накопление данных, методов, подходов, а в один прекрасный момент они выстреливают. Наша тематика принципиально не изолирована, каждый даже из участников этого семинара вкладывает свой кирпичик в общее дело. Приведу один пример. Все очень долго знали, что рентгеновские лучи хорошо проникают в ткани и дают одномерный срез. Затем физики задумались, а нельзя ли снимать трехмерные объекты? Долго это казалось фантастикой, но однажды возникла рентгеновская томография, которая моментально нашла применение в медицине, и сейчас без нее никто не представляет точную диагностику.

Леонид Данильчук. Уже сейчас есть планы на проведение четвертого семинара. Участники нынешней встречи единодушно высказались за встречу в Великом Новгороде в 2008 году. А в 2007 году предполагается на базе НовГУ провести Всероссийскую молодежную научную школу-семинар. Немецкий центр "DESY" из Гамбурга изъявил желание принять участие в финансировании и организации этой школы, значит, статус сразу меняется на международный. По материалам семинара планируется в начале 2007 года спецвыпуск академического журнала "Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования". Часть материалов будет опубликована в журнале "Заводская лаборатория. Диагностика материалов".

P.S. Все участники семинара просили через наш журнал высказать большое спасибо экипажу судна "Господин Великий Новгород", его капитану, юным морякам за создание отличных условий для проведения семинара, проживания, питание, а также всем тем, кто принимал участие подготовке, проведении и обслуживании семинара - НИЦ, транспортный отдел, полиграфическо-издательский центр и др.