Научный руководитель Коми НЦ с конца прошлого столетия изучает особый тип организации вещества на наноуровне — кватароны. Это переходная стадия между полноценными минералами и разрозненными атомами, во время которой и решается, каким станет конечное вещество. Асхаб Асхабов рассказал БНК, какие эмоции испытывал при открытии, существуют ли аналоги его теории за границей и как за годы изменилось понимание этих объектов.

Фото Алексея Баталова

Как пояснил БНК академик РАН, научный руководитель Коми НЦ Асхаб Асхабов, в XX веке сложились две концепции роста кристаллов. По первой кристалл растет путем присоединения отдельных атомов или молекул (Косселевская концепция), по второй — присоединения готовых кристаллических блоков (Баларевская концепция). Классической стала именно первая концепция, а другая на десятилетия отошла на второй план. Но интерес к «аутсайдерской» теории возродил в 1970-е будущий академик РАН и директор Института геологии Николай Юшкин. Его «Теория микроблочного роста кристаллов в природных гетерогенных растворах» была хорошо была принята коллегами, за счет чего Баларевская концепция кристаллических блоков стала понемногу выходить из тени Косселевской.

После создания атомно-силового микроскопа ученые во всем мире смогли «вторгнуться» в наномир, где действуют другие квантовые законы физики и рождаются объекты с необычными свойствами. И в 1998 году на тот момент член-корреспондент РАН Асхаб Асхабов решил «примерить» правила наномира на классическую теорию зарождения и роста кристаллов. Расчеты привели ученого к неожиданному выводу о существовании предзародышевых кластеров, которые кардинально отличаются от всех других типов наночастиц и могли претендовать на роль альтернативных кристаллообразующих частиц.

— Эта идея была настолько необычной, что если бы я не был членом-корреспондентом РАН, то, может быть, и не решился ее обнародовать. Когда я увидел, что возможно существование таких частиц, у меня челюсть отвисла. Долго не мог поверить, крутил формулы, анализировал исходные предположения… — заметил Асхаб Асхабов.

Предзародышевые кластеры, которые по классической теории не должны вовсе существовать, начали в шутку называть «асхаболами», как фуллерены часто именовали «бакиболами» в честь канадского архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера. Асхаб Асхабов решил назвать кластеры скрытой фазы «кватаронами»: на его родном языке «кватара» — это деформируемый маленький мячик. Такое наименование правильно отражает динамическую структуру и сферическую форму новых частиц.

По сути кватарон — это группа атомов или молекул, которые еще не успели сформировать химические связи. В этом смысле они отличаются от равновесных кластеров и кристаллических частиц, имеющих многогранную форму и симметрию. По своим свойствам кватароны ближе к живой материи, чем к неживой. На их основе формируются все другие типы наночастиц: кристаллические зародыши, фуллерены, большие молекулы, фрактальные кластеры, различные устойчивые атомные группировки. Все вещества, чтобы стать самим собой, проходят через кватаронную стадию.

Идея кватаронов положена в основу созданной Асхабом Асхабовым новой концепции неклассического кристаллообразования, которая разрешила споры между Косселевской и Баларевской концепциями. В этой концепции кватароны и трансформируются в кристаллические зародыши, и рассматриваются как основные строительные единицы в росте кристаллов.

— Кватаронная концепция – безусловно веха не только в понимании процессов кристаллообразования и протоминерального мира. На этом поле открываются перспективные пути получения новых материалов и решения нанотехнологических задач, — заметил Асхаб Асхабов.

Предполагается, что кватароны существуют только на наноуровне. По мнению Асхаба Асхабова, шанс, что такая организация вещества возможна и в макромире, крайне мал, но не исключен.

— Вспоминаю адресованные мне когда-то слова товарища: «Ты слишком категорично это [существование кватаронов в макромире] отрицаешь. Раньше считали, что и кварков в макромире нет. А потом появилось сообщение NASA, что рентгеновский телескоп «Чандра» зафиксировал в далекой части Вселенной кварковую звезду», — поделился ученый.

Прямых методов целенаправленного изучения кватаронов пока что нет из-за их размеров, но с каждым годом появляется много косвенных методов, подчеркнул академик РАН. Уже создан лазер на свободных электронах, который позволяет изучать взаимодействие атомов между собой, следовательно, он должен помочь в исследовании образования кватаронов, их эволюции и трансформации.

Асхаб Асхабов, по собственным заверениям, является первым в мире ученым, который теоретически обосновал существование кватаронов. Результаты экспериментальных исследований стали появляться лишь через десяток лет. Причем предзародышевые кластеры стали фигурировать под разными названиями. Немецкие специалисты назвали их «доллопами», с английского языка переводятся как комочки, шарики; также слово можно рассматривать как аббревиатуру «Dynamically Ordered Liquid–Like Oxyanion Polymer». При этом, заметил собеседник БНК, исследователи неохотно ссылаются на предшественников: «Я человек не тщеславный, главное — я оказался прав».

— Не могу сказать, что мою теорию даже в те годы полностью игнорировали. Когда я был на международном конгрессе кристаллографов в 2000-е годы, там выступал нобелевский лауреат Гарольд Крото, открывший фуллерены. Это жесткая структура из 60 атомов углерода в виде полого мячика. Объяснить, как собрались все эти атомы вместе, было трудно, ведь по классической теории такое не может происходить. Обсуждались разные схемы, и по итогу Гарольд Крото сказал: «Я все-таки думаю, что прав один русский ученый, который предложил схему их предварительного образования в виде квазижидкого кластера, состоящего из необходимого числа атомов», — вспомнил Асхаб Асхабов.

В целом сейчас много пишут о предзародышевых кластерах, их роли в неклассическом зарождении и росте кристаллов, получении разных кристаллических и некристаллических материалов. Однако должного понимания свойств кватаронов и их роли в протоминеральном мире до сих пор не достигнуто, резюмировал ученый.

— Нет сомнений, что со временем это произойдет. Несмотря на то, что прошло больше четверти века, я все еще не охладел к кватаронам. Похоже, они не только интересны и необычны, но и неисчерпаемы, — по-исследовательски тепло поделился Асхаб Асхабов.

БНК