Прошлое, настоящее и будущее самарского материаловедения

С 14 по 20 сентября 2015 года в Самарском государственном университете прошла международная школа Combined Topological and DFT Methods for Prediction of New Materials («Комбинированные топологические и DFT-методы в прогнозировании новых материалов)». Организаторами выступили: СамГУ, Межвузовский научно-исследовательский центр по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) и Комиссия по математической и теоретической кристаллографии Международного союза кристаллографов. Фактически это последнее масштабное мероприятие, организованное совместно МНИЦТМ и СамГУ, – следующие будут уже в новом университете. К каким выводам пришли участники школы и что принесёт самарскому материаловедению грядущее объединение вузов?

География сентябрьской школы обширна: Россия, Великобритания, Вьетнам, Германия, Индия, Италия, Нигерия, Южная Корея. Всего приехали 17 участников, причем 13 – из-за рубежа. Целую неделю они обсуждали топологические и квантовые методы расчёта структуры материала. Сотрудники МНИЦТМ читали гостям лекции и участвовали в дискуссиях.

Тематика школы отражена в самом названии. Топологический подход, включающий изучение свойств, заявлен прямо. Он активно используется самарскими исследователями, которые под руководством директора центра Владислава Блатова разработали компьютерную систему ToposPro и продолжают её развивать. Система предсказывает теоретическую возможность получения вещества с заданными свойствами – дело остаётся за практикой. Другой метод, квантовый, зашифрован термином DFT. В науке этой аббревиатурой обозначают теорию функционала плотности (DFT, Density Functional Theory) – способ расчёта электронной структуры частиц (молекул, конденсированного вещества).

Владислав Блатов отмечает, что совместное использование топологического и квантового подходов открывает новые горизонты в материаловедении. В частности, применение квантового метода на стыке физики и химии – принципиально новое явление, активно развиваемое учёными центра. Например, научный сотрудник Артём Кабанов занимается разработкой эффективных систем хранения энергии. В МНИЦТМ он моделирует на атомном уровне физико-химические процессы данных систем и пытается найти замену литию, на основе которого изготовлены современные аккумуляторы. В результатах подобных исследований заинтересованы крупнейшие технологические корпорации мира, потому что запасы лития на планете весьма ограничены, а количество электронных устройств, для которых необходимы аккумуляторы, постоянно увеличивается. Своими разработками Артём поделился с иностранными коллегами и вызвал оживлённую дискуссию.

Всё то, о чём говорилось на сентябрьской школе, – это фундаментальное теоретическое материаловедение. Апробацию научных разработок на практике учёные МНИЦТМ вынуждены проводить в других вузах, где имеются подходящие экспериментальные лаборатории. В числе таких учреждений – Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Институт физики металлов Уральского отделения РАН, вузы Германии, Италии и другие. Имеется взаимодействие с Самарским государственным аэрокосмическим университетом имени С. П. Королёва, к сотрудникам которого обращались физики.

Традиционный характер приобрела работа сотрудников в итальянских лабораториях. Она стала возможной усилиями профессора Миланского университета Давиде Прозерпио, который является ведущим учёным МНИЦТМ. В частности, младший научный сотрудник, аспирант кафедры физической химии и хроматографии Павел Золотарёв уже трижды проводил совместные исследования с коллегами из Милана, а весной 2015 года туда для установления новых научных контактов ездил сам директор центра.

По мнению Владислава Блатова, «в рамках классического университета реализовать всю цепочку исследований, от идеи до внедрения в производство, практически невозможно», но объединённый вуз должен решить эту проблему. Сочетание наработок двух университетов, один из которых ориентирован на теорию, а второй – на практику, должно дать новый импульс научным исследованиям. «Мы можем внести значительный вклад как теоретики, предсказывая результаты экспериментов заранее», – говорит директор МНИЦТМ.

Первые шаги навстречу уже сделаны: учёные активно обсуждают вопросы совместной исследовательской деятельности. В планах – приобретение современного оборудования, поиск совместных тем и, конечно, интенсивная работа. Сотрудничество налаживается с кафедрами обработки металлов давлением (заведующий – член-корреспондент РАН, первый заместитель председателя Самарского научного центра РАН Фёдор Гречников), физики (заведующий – профессор Игорь Завершинский), химии (заведующий – доцент Игорь Платонов, ранее выпускник СамГУ). Владислав Блатов отмечает: «Взаимодействие проходит плодотворно, мы поддерживаем друг друга. Атмосфера предельно доброжелательная. Думаю, что важно найти общие точки соприкосновения и развиваться в этом направлении. Не нужно ограничиваться своими сегодняшними работами, надо идти вперёд».

Идти действительно есть куда, ведь дальнейшие перспективы материаловедения не ограничены вузом. На внедрение практических разработок в производство будет ориентирован «Гагарин-центр». Удастся ли реализовать цепочку «теория-практика-производство»? Всё происходящее свидетельствует, что да.

Для справки

В апреле 2013 года рабочая группа от СамГУ под руководством профессора Владислава Блатова с проектом «Методы теоретического прогнозирования материалов с заданными физическими свойствами» выиграла мегагрант Правительства РФ в размере 87 миллионов рублей на три года. Сейчас готовится заявка на продление гранта ещё на два года.

Первого июня 2013 года при Самарском государственном университете был создан Межвузовский научно-исследовательский центр по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ), директором которого стал Владислав Блатов, а научным руководителем – ведущий учёный, профессор Миланского университета Давиде Прозерпио. В структуре МНИЦТМ – четыре лаборатории: кристаллохимии и дизайна кристаллов (17 человек), математического моделирования материалов (пять человек), параллельных вычислений (два человека), информационного обеспечения и образовательных технологий (три человека).

Основная цель МНИЦТМ – создание научной лаборатории мирового уровня. Большое внимание уделяется подготовке молодых кадров. Центр разрабатывает собственные ноу-хау и активно сотрудничает с такими российскими организациями, как Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Московский физико-технический институт, Институт кристаллографии имени А. В. Шубникова РАН, Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН, Институт физики металлов Уральского отделения РАН. Сотрудники проходят стажировки в ведущих научных центрах Великобритании, Германии, Дании, Италии, Нидерландов, Франции, Швейцарии и сами принимают зарубежных и российских гостей. В частности, в 2014 году приезжал лауреат Нобелевской премии по химии, профессор Корнелльского университета (США) Роалд Хоффман. Учёные МНИЦТМ активно участвуют в международных конференциях и публикуются в ведущих научных изданиях. Центр регулярно проводит всероссийские и международные научные школы и семинары. МНИЦТМ использует современное научное оборудование, в том числе суперкомпьютер. Продукция центра пользуется спросом на рынке.