Будущее ситаллов

Изучать стекло

Будущее для всех разное — в зависимости от того, с какой позиции смотреть. Если поразмыслить, то для тех, кто жил тысячу лет назад, наше время — будущее. Да даже по отношению ко вчера сегодня — будущее. А если говорить конкретно про мою специализацию, то наша кафедра в РХТУ им. Д.И. Менделеева занимается изучением стекла и ситаллов. Казалось бы, зачем это надо? У нас же есть отличные стеклянные бутылки и неплохие окна — прозрачные и крепкие.

Ситаллы и стеклокерамика

Есть ситаллы — класс материалов, название которых состоит из двух слов: «стекло» и «кристалл». Его предложил крупный советский ученый, основатель нашей кафедры тогда еще МХТИ им. Менделеева Исаак Ильич Китайгородский. Одновременно ситаллы открыли в США, но по-английски они называются glass ceramic, что в переводе значит «стеклокерамика». Она уже используется в производстве стекол для мобильных телефонов и в имплантологии. И, возможно, в недалеком будущем зубные импланты из ситаллов сменят импланты из металлокерамики, что может быть дешевле, надежнее и лучше по эстетическим свойствам. Звучит вполне понятно даже для людей, далеких от химии, верно? Тем не менее, в области стекла и ситаллов есть ряд направлений, которые невозможны без исследований и новых разработок.

Новая оптика и интернет

Во-первых, это создание новых материалов, которые будут применяться в оптике. Например, это более эффективные и мощные типы лазерных сред. Поскольку многие активные лазерные элементы, которые используются в той же микрохирургии, в энергетике и даже в термоядерном синтезе, делаются на основе стекла.

Еще один вызов — создание материальной базы для так называемых оптических компьютеров. Современная техника вся завязана на микроэлектронике. И один из способов повысить эффективность компьютеров в будущем или вообще изменить подход в этом вопросе — это заменить микроэлектронику на фотонику или микрооптику. То есть вместо потока электронов, как сейчас, использовать поток фотонов (так называется элементарная частица света).

Интернет работает именно по такому принципу. Все данные передаются посредством потока фотонов, которые двигаются по оптоволоконному кабелю. Логично, что ученые хотят использовать возможности стекла не только для того, чтобы передавать данные, но и для того, чтобы производить вычисления. Пока сложно представить, как такие компьютеры будут выглядеть, но есть предположение, что это будет не эволюционный процесс, а революционный. Возможно, это будут, как в фантастическом фильме, какие-то очки, в которые будет интегрирована вся информация. Туда будут «подаваться» данные.

Пока сложно представить, как такие компьютеры будут выглядеть, но есть предположение, что это будет не эволюционный процесс, а революционный.

Возможности глаз

С помощью движения глаз можно будет совершать вызовы, искать информацию и производить многие другие действия. Вот, например, очки дополненной реальности, при создании которых используются фотонные технологии и новые материалы, это уже не будущее. Скоро можно будет пойти в оптику и заказать себе такие. А еще через какое-то время это будут очки-компьютер, которые заменят собой телефон и еще ряд гаджетов.

Экспериментальный подход

Большие возможности кроются в направлении изменения дизайна исследований. Последние 30–40 лет материаловедение работает в парадигме экспериментального подхода, когда ты должен придумать гипотезу и дальше доказать ее экспериментально — пойти и синтезировать, сварить и получить или не получить то, что ты придумал. Постепенно этот подход будет меняться за счет использования компьютерных систем. Это так называемый компьютерный дизайн материалов в области материаловедения или хемоинформатика — в химии. В обоих случаях за человека первый, теоретический, этап работы, занимающий уйму человекочасов, сил и денег, сделают вычислительные мощности, которые на основе стремящегося к бесконечности набора молекул смогут синтезировать вещество по заданным параметрам. Например, лекарство от рака. Или сверхпроводник. Или очень прочный материал. Да, после того, как компьютер выдаст формулу, ее все равно нужно будет проверить опытным путем. Хотя бы попытаться. Но это уже не десять миллионов опытов, а десять. Причем это может быть как уже существующий в природе материал, так и что-то принципиально новое. Замечательный пример — крупный российский ученый Артем Оганов. Артем известен, кроме всего прочего, тем, что с коллегами открывал абсолютно новые вещества, которые являются с точки зрения классической химии абсурдными. Идея в том, что они задавали компьютеру такие условия, какие на Земле создать нереально. Допустим, давление, температуру или их комбинацию, которые возможны только в ядре другой планеты. И самое интересное, что то, что получалось на выходе, по известным нам законам физики работает.