НОВЫЙ МАТЕРИАЛ МОЖЕТ РЕШИТЬ МИРОВУЮ ПРОБЛЕМУ

03.12.21 | 10:39

Когда большинство молодых одаренных людей, особенно в сфере науки, едва защитив диссертацию, уходят в более благополучные сферы деятельности или покидают страну, чтобы обеспечить себе несравнимо лучшие условия для работы и жизни, молодой одаренный ученый, связывающий свое будущее с Арменией, выглядит несколько непривычно. К счастью, такие исключения есть, в их числе кандидат физико-математических наук Айк Захарян, создавший в ЕГУ лабораторию вычислительного материаловедения.

ОКОНЧИВ ФАКУЛЬТЕТ РАДИОФИЗИКИ ЕГУ, он стал аспирантом академика Владимира Арутюняна и начал заниматься исследованиями материалов для создания газовых сенсоров. Тема диссертации оказалась не только актуальной, но и объемной. Экспериментальных результатов было накоплено много, но никому не удавалось их обобщить и объяснить, каким образом газы взаимодействуют с поверхностями полупроводников. Тогда было принято решение отправить одаренного аспиранта на стажировку в Сколтех (Сколковский институт науки и технологий), в лабораторию Артема Оганова для освоения методов квантово-механических расчетов и предсказания новых материалов.

Первая встреча Айка Захаряна с выдающимся ученым состоялась значительно раньше, когда Оганов приехал читать лекции студентам ЕГУ. Тогда было трудно предположить, что в дальнейшем это определит научные интересы Айка Захаряна. Работая под руководством Оганова, он несколько отошел от темы своей диссертации и заинтересовался вычислительным материаловедением – областью достаточно новой и актуальной. Экспериментальное предсказание новых материалов – дело дорогое и долгое, но вычислительные возможности постоянно растут, что создает новые перспективы для предсказания и создания материалов, предназначенных для выполнения тех или иных функций. Ознакомившись с современными методами вычислений, в том числе и разработанными Огановым, Айк Захарян постепенно стал осваиваться в новой тематике и через два месяца стажировки начал исследования поверхности оксидов рутения – одного из драгоценных металлов с очень высокой температурой плавления.

Рутений используется в качестве катализатора в химическом производстве, для покрытия жестких дисков, на которых хранятся данные, а также в псевдоконденсаторах, работающих по принципу батарейки и накапливающих электрическую энергию за счет переноса заряда между электродом и электролитом. Как показывают эксперименты, потенциал, обеспечивающий работу псевдоконденсатора, равен 1,1 вольт, но теоретически никто не мог найти объяснение именно этой цифре, расчеты с использованием квантово-механических методов давали более низкий потенциал. В науке идеи сами по себе не приходят, они – результат глубоких знаний и напряженного поиска. Айк Захарян подумал о том, нет ли на поверхности оксида рутения новой структуры, что и могло объяснить разницу потенциалов в теории и эксперименте. Использование нового метода предсказания структур подтвердило догадку, что стало серьезным успехом Айка Захаряна, делавшего первые шаги в науке. Эволюционный расчет показал существование новой структуры, оказавшейся более стабильной, чем известная прежде. Дальнейшие исследования показали, что структура поверхности очень похожа на экспериментальную и ту структуру, которая ранее считалась стабильной, именно поэтому экспериментаторы не догадывались о ее существовании. Но у Айка получилось то, что не удавалось другим.

Согласно нынешним требованиям, активно работающий ученый должен публиковать несколько статей в год, причем, в авторитетных международных изданиях. Работать над статьей, представляющей полученный результат, Айк Захарян начал в Сколково, но опубликована она была лишь через год, уже после завершения стажировки. Много времени было потрачено на расчеты, 6 месяцев заняло рецензирование, но публикация в престижном «Scientific reports» - одном из журналов «Nature» стала еще одним успехом молодого ученого, хотя и не была напрямую связана с тематикой диссертации.

Стажировка в Сколтехе оказалась чрезвычайно полезной. Овладев современными методами, аспирант вышел на новый исследовательский уровень, что и создало серьезные перспективы в дальнейшей научной деятельности. Обобщив полученные результаты вместе с руководителем диссертации академиком Владимиром Арутюняном, Айк сумел завершить работу в рекордные сроки и даже сам удивился тому, как это ему удалось.

Не отрицая одаренности молодого ученого, все же надо признать, что с наставниками ему повезло, ими оказались люди не только незаурядные, преданные науке, но и ответственные перед будущим поколением. Но все мы знаем немало примеров, когда аспирант, человек решивший связать свое будущее с наукой, остается один и, не имея компетентной поддержки и исследовательского опыта, окончив аспирантуру, не может защитить диссертацию и оставляет науку.

Тема диссертации Айка Захаряна представляла собой некое промежуточное звено между прикладной и фундаментальной наукой. В исследовательской деятельности возникла новая парадигма. Моделирование и симуляция процессов – не теоретическая и не экспериментальная часть исследований, но это тот необходимый этап работы, который позволяет найти научную правду.

ЗАЩИТИВ КАНДИДАТСКУЮ ДИССЕРТАЦИЮ, АЙК ЗАХАРЯН решил обратиться к чрезвычайно актуальной глобальной проблеме – сохранению электрической энергии. Основанный на данных науки технический прогресс в достаточной мере решил проблему производства энергии. Но как ее сохранить? Этот вопрос пока не имеет удовлетворяющего ответа. Технологии развиваются быстро. Существуют широко применяемые литий-ионные батареи, но вопрос создания батарей большой емкости остается открытым.

Год назад в рамках гранта Комитета по науке Армении, рассчитанного на молодых исследователей, Айк Захарян взялся за создание лаборатории, которая будет заниматься этой проблемой, куратором проекта стал профессор РАН Артем Оганов. Непосредственным предметом исследований стал литий-ионный аккумулятор, созданный по, несомненно, хорошей технологии, но имеющий свои ограничения и недостатки. Частица, которая переносит заряд – ион лития. Атом лития маленький, что в данном случае хорошо, но при применении в электрокарах, которые приобретают все большую популярность, опасность возгорания при аварии и взаимодействии с воздухом достаточно велика.

Есть и другая проблема – ограничение энергетической емкости, которую и пытается решить Айк Захарян. Рассматривается возможность заменить катод на металл лития, но в этом случае опасность возгорания еще более возрастет, а жизнь батареи станет короче. Есть идея заменить имеющийся в аккумуляторе жидкий электролит на твердый металл. В этом случае энергетическая емкость повысится, а опасность возгорания будет исключена. Осталось выполнить важнейшую и очень непростую задачу – используя возможности эволюционного моделирования, найти материал, подходящий для твердотельных аккумуляторов. Этим занимаются ученые многих стран, публикуются статьи по этой проблеме, но реально найти необходимый материал пока что не удалось. Правда, некоторые зарубежные фирмы утверждают обратное, уверяют, что нашли такой материал и обещают начать его производство к 2025 году, но оснований доверять этим заявлениям пока нет, как нет и публикаций, представляющих решение данной проблемы. Случаются и конфузы, когда расчеты опровергают заявленные в публикации достижения. И с этим уже столкнулся Айк Захарян, причем статья была опубликована в «Nature communication».

У Айка Захаряна возникли идеи, которые, судя по предварительным данным, дадут реальные результаты. В процессе исследований используется не только квантово-механический метод, но и машинное обучение, ускоряющее расчеты. Идеи, на основе которых Гайк Захарян надеется достичь поставленной цели, совершенствуются, уже сформировано представление о том, в какой системе нужно искать новый материал. Результаты появятся скоро. Если удастся разработать метод, позволяющий ускорить расчеты и найти новый материал для твердотельных электролитов, это станет научным событием мирового масштаба.

Но это не единственная проблема, которой занимается лаборатория Закаряна. Ведутся исследования в области двумерных материалов для газовых сенсоров, совместно с лабораторией Оганова в Сколтехе выполняется российско-армянский грант, идет поиск сверхтвердых материалов, предполагается начать совместные работы с Институтом химической физики НАН РА. Идет подготовка аспирантов.

Проблемы у новой лаборатории, разумеется, есть и главная из них - дефицит научных кадров. Другого ожидать было трудно. Такие как Айк Захарян – редкое исключение. А ведь этих молодых, одаренных в Армении могло быть значительно больше. Но в течение всех лет независимости мы строили страну, в которой наука была не востребована, а ученые и специалисты высокой квалификации стали самой уязвимой и униженной частью общества. Интеллектуальная деятельность утратила привлекательность. Для молодых перспективных людей, все же решившихся связать свое будущее с исследовательской деятельностью, оставался лишь один путь – уехать туда, где роль науки и профессионализма воспринимается адекватно, а честный и добросовестный труд достойно оплачивается. Мы потеряли огромное количество молодых перспективных людей, способных приносить пользу своей стране, обеспечивать ее безопасность и экономическое развитие. Трагические события последних полутора лет подтвердили порочность и крайнюю опасность создания страны для комфортного проживания только неодаренных.

Надо безотлагательно восстанавливать авторитет науки, профессионализма и знаний, создавать современное производство, формировать общество с адекватными ценностями. Альтернатива этому только одна – потеря государственности и превращение в нацию одаренных скитальцев.

Голос Армении