Алексей Васильевич Шубников (1887—1970)

Глава 7 Ордена Трудового Красного Знамени Институт кристаллографии имени А. В. Шубникова

В Москве в одном из зданий Ленинского проспекта находится ордена Трудового Красного Знамени Институт кристаллографии имени А. В. Шубникова Академии наук СССР. Рождению в 1944 г. этого замечательного института предшествовала длительная и упорная работа большого коллектива под руководством выдающегося ученого-новатора Алексея Васильевича Шубникова, чей барельеф украшает фасад здания института, в ближайшее время отмечающего свое сорокалетие. В институте развиваются все основные направления кристаллографии: структурный анализ кристаллов с использованием рентгеновского, электронного и нейтронного излучений, исследование процессов образования и роста технически важных кристаллов, изучение физических свойств кристаллов. В широком аспекте развивается и совершенствуется теория симметрии.

Как уже говорилось, для развития в Минералогическом музее Академии наук кристаллографического направления академик А. Е. Ферсман пригласил молодого профессора А. В. Шубникова. Будучи убежденным, что сила науки заключается в ее тесной связи с нуждами производства, с нуждами общества, А. В. Шубников начал развивать новые прикладные направления кристаллографии.

Взгляды А. В. Шубникова, сложившиеся под влиянием Ю. В. Вульфа, объясняют его стремление придать учению о кристаллах максимальную физическую направленность, что практически с первых же дней работы в Ленинграде привело к включению в план исследований изучения физических свойств и применения замечательного представителя мира минералов — горного хрусталя, являющегося носителем ряда уникальных оптических и электрических свойств. Шубникова вдохновляла работа Поля Ланжевена, который в годы первой мировой войны на кристаллах кварца создал эхолот и применил кварц в других пьезоэлектрических устройствах.

В ходе исследований пришлось решать сугубо технические задачи (создание станков, изготовление абразивов) и на практике познавать и эффективно использовать анизотропию свойств. Комплекс этих разносторонних исследований был подытожен в коллективном труде под общим руководством А. В. Шубникова [58]. Была выпущена партия пьезокварцевых стабилизаторов, применявшихся при создании средств связи.

Другим направлением работ были традиционные исследования по росту кристаллов с приданием этому направлению новых черт: кристаллизация как процесс образования кристаллов и как технологически масштабный вариант их выращивания. Большой личный опыт был сведен А. В. Шубниковым в увлекательно написанную книгу «Как растут кристаллы» [86], которая оказалась в то время единственной в своем роде в русской научно-популярной литературе. Английский минералог Спенсер считал необходимым перевести ее на английский язык.

Деятельность А. В. Шубникова в ленинградский период, посвященный преобразованию кристаллографии из учения о деревянных моделях в науку о реальных кристаллах и об их техническом использовании, привлекла к нему молодых сотрудников, которые составили основу Кристаллографической лаборатории. Переезд ее в Москву и размещение в большом специально приспособленном помещении позволили Алексею Васильевичу приступить к осуществлению своих идей в более широком масштабе. За счет кооперации с промышленностью удалось пополнить лабораторию новым техническим оборудованием. Арсенал станочного оборудования для обработки камня, мощные ультразвуковые генераторы, радиотехническое оборудование дали возможность не только совершенствовать первые варианты пьезокварцевых изделий, но и быстро перейти к промышленной технологии пьезокварцевого производства, без особых трудностей осваиваемой заводами электротехнической промышленности. Были расширены работы по выращиванию кристаллов сегнетовой соли и рубина.

Начали развиваться работы по теоретическим основам кристаллографии, включавшие не только учение о кристаллическом индивиде, но и распространенное учение о кристаллических средах. К исследованию кристаллической структуры минералов как основы их систематики и новых применений (в ситаллах, связующих материалах) стали применять рентгеновский метод.

Расширилось понятие о классических и трафаретных 32 классах симметрии, дополненных семью предельными группами симметрии. Расширение учения о стержневых группах позволило А. В. Шубникову предсказать возможность синтетического построения анизотропных сред, что в дальнейшем было осуществлено практически.

Изучение процессов шлифовки и полировки кристаллов значительно способствовало углубленному их пониманию. Влияние скорости деформации привело к исключительно интересному открытию механических двойников в кварце. Это направление микропроцессов деформирования кристаллов в дальнейшем составило предмет исследований большой группы сотрудников по выяснению физической природы прочности и пластичности вообще.

В результате проведенных работ А. В. Шубников создал серию обобщающих монографий [132—134]. Теоретические и экспериментальные сведения по пьезоэлектричеству, вошедшие в книгу «Кварц и его применение» [133], сделали ее настольной книгой для специалистов-кварцевиков как в лаборатории, так и в заводском цехе. В книге «Симметрия» [132] А. В. Шубников провел основную мысль, что учение о симметрии является фундаментом кристаллографии и с огромным успехом используется в других отраслях знания. Симметрией кристаллов определяются все их свойства, облегчается не только понимание этих свойств, но и дается возможность предсказать новые, еще не обнаруженные свойства.

Разносторонняя научная деятельность в области кристаллографии, глубокий подход^-к сущности явлений дали возможность А. В. Шубникову и его сотрудникам представить учение о кристаллах в новом аспекте, пронизанном единой идеей о кристалле как о физической среде, с одной стороны, и как об индивиде природы — с другой. Это новое учение о кристалле составляет содержание уже упомянутой книги «Основы кристаллографии» [134], представляющей также суммированный опыт преподавательской деятельности А. В. Шубникова.

Важный вклад в развитие кристаллохимии и рентгеноструктурного анализа внес выпуск в 1936 г. значительно дополненного и переработанного издания книги О. Гасселя [107]. Для развития исследований механических свойств кристаллов большую роль сыграл перевод М. П. Шаскольской книги Е. Шмидта и В. Боаса [121].

Таким образом, уже, в предвоенные годы были созданы основные разделы исследования кристаллов с единым целостным подходом к их изучению как индивидов природы, являющихся одновременно и средами. Активно развивался раздел практической кристаллографии, включавший организацию пьезокварцевого производства и технологические процессы выращивания и создания пьезоэлементов из кристаллов сегнетовой соли. В научном и организационном плане это выделяло кристаллографию как дисциплину, являющуюся основой новых производств.

Испытанием этого тезиса стала Великая Отечественная война. С первых ее дней для нужд фронта начали работать подразделения лаборатории по кварцу и сегнетовой соли. В ходе войны ученые лаборатории сумели не только проводить собственные оборонные работы, но и продолжать исследования в фундаментальных разделах кристаллографии. А. В. Шубников с привлечением группы сотрудников продолжал практические исследования пьезоэлектрических текстур. Г. Г. Леммлейн обобщил исследования по внешней и внутренней морфологии кристаллов- минералов и на примере кварца продемонстрировал технологическую важность секториального и зонарного его строения. Н. В. Белов с позиций кристаллохимического анализа указал пути совершенствования производства хромовой минометной стали. М. В. Классен-Неклюдова и А. К. Буров приступили к поиску новых легких высокопрочных материалов. Г. И. Дистлер начал работы по созданию поляризаторов и специальных светофильтров, которые позже были осуществлены на основе полимерных сред с наполнением их микрокристаллами различных металлов. Были созданы также молекулярные текстуры с поляризацией на дихроичных молекулярных комплексах, завершена разработка технологической методики по изготовлению кварцевых стабилизаторов по методу так называемого косого среза, давшая существенный экономический эффект. В 1943 г. за оборонные работы Кристаллографическая лаборатория была награждена Почетной грамотой и денежной премией.

Еще в период пребывания лаборатории в эвакуации в Свердловской области при поддержке академиков А. Е. Ферсмана, А. А. Байкова, В. А. Обручева и А. Ф. Иоффе был поставлен вопрос о преобразовании ее в Институт кристаллографии, что и было претворено в жизнь в 1944 г. Таким образом, идеи А. В. Шубникова о самостоятельности кристаллографии как научной дисциплины, находящейся на стыке математики, физики и химии, были реализованы и в организационном отношении. Так возник перцый в мире комплексный институт кристаллографии. Главной проблемой института стало восстановление зарождавшейся перед войной промышленности искусственного рубина. Начались и первые опыты по синтезу искусственного пьезокварца. Получили развитие работы, связанные с исследованием структуры кристаллов. В «синей книге» Н. В. Белова,[* Белов Н. В. Структура ионных кристаллов и металлических фаз. М.: Изд-во АН СССР, 1947. 236 с.] заложившей основы отечественной кристаллохимии, был дан полный перечень плотнейших упаковок с указанием их групп симметрии. В дальнейшем это было использовано при расшифровке сложнейших структур искусственных и природных соединений и предоставило фактический материал для перевода систематики минералов на структурную основу. Следует отметить, что и по истечении 30 с лишним лет эта книга сохраняет свое фундаментальное теоретическое значение и широко используется специалистами по физике и химии твердого тела.

А. В. Шубников. 1956 г.

Книга А. В. Шубникова «Пьезоэлектрические текстуры» [149] завершила двадцатилетний период теоретических и экспериментальных изысканий по распространению кристаллографического и симметрийного подхода к описанию непрерывных анизотропных сред. В расширенном варианте в соавторстве с И. С. Желудевым, В. П. Константиновой и И. М. Сильвестровой она вышла в свет в 1955 г. [198] и стала технологической основой для производства пьезокерамических изделий. В 1958 г. книга была переведена на французский язык [233].

Постепенно начали возникать новые подразделения Института кристаллогафии. Появилась лаборатория электронографии, возглавляемая 3. Г. Пинскером. Были начаты работы по структурной электронографии: исследования по физике рассеяния электронов применительно к нуждам электронографического структурного анализа. Обобщения даны в монографиях 3. Г. Пинскера «Дифракция электронов» и Б. К. Вайнштейна «Стуктурная электронография», получивших широкое распространение в СССР и за рубежом. К настоящему времени в лаборатории определено свыше 150 структур, ранее не известных либо требовавших уточнения, в особенности по локализации легких атомов. Заслугой лаборатории является также и то, что ею разработана соответствующая отечественная электронографическая аппаратура.

Для изучения оптических свойств кристаллов организуется специальная лаборатория кристаллооптики с целью исследования оптических монокристаллов, однородности искусственных кристаллов и физической природы воздействия примесей на их свойства. Одним из первых объектов был искусственный рубин, совершенствование технологии изготовления которого немыслимо без применения оптических методов.

В работах по росту кристаллов активно исследуется влияние ультразвука как средства управления процессом роста. Результаты этих работ обобщены в монографии А. П. Капустина.[* Капустин А. П. Влияние ультразвука на кинетику кристаллизации. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 85 с.]

Работы по первым опытам получения искусственного кварца обобщены Н. Н. Шефталем в его монографии 1955 г. Выполняется цикл работ по спиральному росту кристаллов, выращиванию кристаллов для ядерной физики и инфракрасной техники.

Велика и ответственна роль Института кристаллографии в организации распространения специальных знаний. Так, для удовлетворения запросов нарождающейся промышленности монокристаллов были организованы новые кафедры кристаллографии сначала в Горьковском и несколько позже в Московском государственных университетах. Были открыты также специальности, готовящие кадры по новым материалам в Ленинградском химико-технологическом институте им. Ленсовета, в Московском химикотехнологическом институте им. Д. И. Менделеева, в Московском институте стали и сплавов. Приступили к подготовке кадров соответствующих специальностей и высшие учебные заведения Харькова, Львова и Кишинева.

Институт кристаллографии является центром, организующим конференции и совещания по росту кристаллов, рентгеноструктурному, электронографическому и электронно-микроскопическому анализу. В L966 г. в Москве была проведена 7-я Генеральная ассамблея, Международного союза кристаллографов и в Цахкадзоре (Армения) — Международная конференция по росту кристаллов.

Растут специализированные отраслевые институты промышленных министерств и ведомств по выращиванию и применению кристаллов. Деятельность вузовских и промышленных исследовательских учреждений координируется Научным советом по проблеме «Образование и структура кристаллов», возглавляемым Институтом кристаллографии. Благодаря научно-координационной деятельности института была создана новая отрасль промышленности монокристаллов кварца, рубина, кристаллов-сцинтилляторов и кристаллов для квантовой электроники.

Институт кристаллографии крепнет и развивается. Он включает уже более 20 лабораторий, оснащенных самым современным оборудованием, позволяющим исследовать процессы на атомно-молекулярном уровне и осуществлять эти процессы в условиях, экстремальных по температуре и давлениям.

Как и во всяком деде, решение и успех определяются правильным и умелым подборам и воспитанием кадров. На первом этапе развития института это был подбор и объединение разрозненных одиночек, занимавшихся кристаллографией в тиши научных кабинетов, на втором этапе — подготовка молодежи и привлечение кадров инженерного профиля. В составе института, кроме специалистов чисто кристаллографического профиля, работают также специалисты по физике твердого тела, инженеры-технологи, инженеры-приборостроители и инженеры по автоматизации процессов выращивания кристаллов и по расшифровке кристаллографических структур.

Основные достижения института за последний период широко освещены в научных и научно-популярных изданиях: «Кристаллы в науке и технике», «Кристаллография», в сборнике «Советская наука и техника за 50 лет» и др. Научные труды сотрудников института опубликованы в двенадцати выпусках «Трудов Института кристаллографии», в тринадцати сборниках «Рост кристаллов», в журнале «Кристаллография», двадцать пятый том которого вышел в 1980 г., и в других журналах. Сотрудниками института опубликовано более 6000 статей и издано 58 монографий, в числе их четырехтомная «Современная кристаллография». В институте трудятся: академик Б. К- Вайнштейн, член-корреспондент АН СССР Н. А. Киселев, два лауреата Ленинской премии, И лауреатов Государственной премии, 38 докторов наук, 145 кандидатов наук. С 1944 по 1980 г. в институте подготовлено около 400 докторов и кандидатов наук.

Прослеживая этапы развития Института кристаллографии, нельзя не оценить стройного и заранее обдуманного плана, по которому А. В. Шубников создавал институт. Определяющим принципом являлось разрешение краеугольных проблем собственно научного значения: учения о симметрии, проблемы структурного анализа кристаллов и биологических объектов с использованием различного рода электромагнитных излучений и проблемы физической прочности и пластичности, а также решение проблем вновь организуемых производств. К последним относится проблема изучения природного и искусственного кварца, искусственного рубина, производство технических и драгоценных камней, создание новых и усовершенствование имеющейся номенклатуры пьезоэлектрических и оптических кристаллов.

Велики заслуги А. В. Шубникова в развитии кристаллографической науки. Они нашли признание в награждении его двумя орденами Трудового Красного Знамени (в 1945 и 1962 гг.), орденом Ленина в 1953 г., а также в присвоении ему в 1967 г. высокого звания Героя Социалистического Труда с вручением второго ордена Ленина. В 1969 г. Институт кристаллографии за большие успехи в научной деятельности был награжден орденом Трудового Красного Знамени и заслуженно считается флагманом этой науки.

Пример Института кристаллографии за свою почти сорокалетнюю плодотворную деятельность показывает справедливость того, что производство двигает науку больше чем десятки университетов.

В 1962 г. А. В. Шубников, по его просьбе, был освобожден от должности директора института с назначением заведующим лабораторией поисковых исследований. Этой лабораторией он руководил до конца своей жизни.

На посту директора института Алексея Васильевича сменил академик Б. К. Вайнштейн, под руководством которого Институт кристаллографии растет и совершенствуется дальше, внося новый вклад в дело научно- технического прогресса нашей страны.