Капля

Счастливый день в жизни естествоиспытателя

Слово «естествоиспытатель», сказанное об исследователе природы, звучит точнее и емче, чем слово «ученый». Естествоиспытатель — испытывающий естество, экзаменую­щий природу, требующий от нее ответов на вопросы.

Кристаллограф Георгий Глебович Леммлейн был ис­тинным естествоиспытателем. Он умел как-то доверитель­но общаться с природой, чутко прислушиваться к тому, что отвечала она на его умело заданные вопросы. Его творческая жизнь была посвящена мертвой, каменной природе, объекты его исследований тверды и молчаливы, а ему они открывались и рассказывали о себе.

Много раз мне доводилось слышать и читать о том, что между наукой и искусством нет разделительного вала, что в истинном естествоиспытателе живет художник, а на­стоящий художник в какой-то мере исследователь приро­ды. Я понимал, что эта мысль верна, почти тривиальна, но до встречи с Георгием Глебовичем она жила во мне логически разумным утверждением — и только. А в нем я увидел живое воплощение союза науки и искусства. Он был из тех естествоиспытателей, которые видят то, на что иные смотрят невидящим взором.

Расскажу об одном счастливом дне в его жизни: в тот день ему довелось почти в прямом смысле слова «одним дыханием» сделать два важных открытия. Об одном из них расскажу вскользь, а о другом подробно, так как в этом открытии капля — главный герой.

В один из дней начала 1945 г., сидя за столом в лабо­ратории роста кристаллов Института кристаллографии АН СССР, Георгий Глебович Леммлейн изучал под мик­роскопом кристалл карборунда. О том, что произошло дальше, он так рассказывал своим ученикам:

— Я долго сидел за микроскопом и рассматривал по­верхность карборунда. Очень устал и, не отодвигаясь от тубуса, тяжело выдохнул: «Уф!..» И тотчас заметил, как расцвел, обогатился рельеф поверхности кристалла. Вы­дохнул еще раз — уже нарочно. Снова то же самое. По­нял, что это роса от моего дыхания. В этот и последующие дни стал с увлечением использовать новый трюк.

К появлению капель влаги на поверхности кристалла можно было отнестись по-разному. Например, решить, что обращаться с образцом надо поаккуратнее, не дышать на него, чтобы ничто постороннее не помешало наблюдать истинную структуру поверхности. Леммлейн, однако, по­ступил совсем не так, а в некотором смысле наоборот. Он немедленно воспроизвел явление, специально поды­шал на кристалл и убедился в том, что исчезнувший узор, очерченный росинками, появился снова. А затем воспроиз­вел еще и еще раз и убедился, что росинки не мешают уви­деть истинную структуру поверхности кристалла, а на­оборот, благодаря им очерчиваются такие тонкие детали рельефа, перед которыми обычная техника оптической мик­роскопии бессильна. Так был открыт «метод росы» Леммлейна. Сущность его заключается о том, что на холодной поверхности кристалла роса оседает вдоль различного вида неоднородностей поверхности — ступенек, контуров микроскопических ямок — участков, где почему-либо сконцентрировался электрический заряд.

20 марта 1945 г. на заседании отделения физико-мате­матических наук АН СССР Г. Г. Леммлейн рассказал о своем открытии. Говорил о том, что поверхность реально­го кристалла, кажущаяся гладкой, зеркальной, велико­лепно отражающая свет, в действительности имеет очень тонкий рельеф. Благодаря росинкам можно сделать ви­димыми в оптическом микроскопе ступеньки, высота ко­торых в 10 раз меньше длины волны видимого света. В пересчете на межатомные расстояния это около 10 атомных ступенек!

Фотография одного и того же места поверхности кристалла. Справа — до декорирования, слева — после декорирования водяными каплями

Декорирование поверхности монокристалла поваренной соли твердыми капель­ками золота. Фотография получена в электронном микроскопе при увеличении в 40 000 раз

«Метод росы» — великолепная находка естествоиспы­тателя. Беда только, что роса быстро испаряется и кар­тина декорирования деталей структуры поверхности ис­чезает. Появилась мысль осаждать на поверхность кри­сталла росу не водяную, а из другого вещества, которое испаряется медленнее. А можно поступить иначе: оса­ждать росинки из вещества, которое закристаллизуется, и детали рельефа будут декорированы не жидкими, а твердыми, застывшими капельками. Вещество было найдено — хлористый аммоний. «Метод росы» превратил­ся в «метод инея» — надежный способ обнаружения и ис­следования тонкого рельефа поверхности.

А потом, как это часто бывает в истории науки, идея на­чала жизнь, не зависящую от автора. В разных лаборато­риях изыскивали вещества, с помощью которых можно декорировать детали поверхностного рельефа на различ­ных кристаллах. Например, поверхность каменной соли можно декорировать парами золота, другие кристаллы парами висмута, сурьмы, иных веществ. Таким обра­зом научились обнаруживать неоднородности поверх­ности, как принято говорить, «на атомном уровне».

В тот же день Леммлейн сделал еще одно открытие: рассматривая кристаллы карборунда, покрытые капель­ками росы, он заметил, что на некоторых участках поверх­ности росинки располагаются в форме спиралей. Это не случайные структуры — капельные спирали свидетель­ствуют об особом механизме роста кристаллов карборун­да. Теперь этот механизм подробно изучен и получил на­звание механизма слоисто-спирального роста.