Артём оганов — учёный, перевернувший мир

Термоэлектрические материалы

Термоэлектрики – материалы, которые преобразуют тепло в электричество. Можно запустить и обратный процесс. То есть, если пропустить ток через термоэлектрический контакт, получится охлаждение. Так можно, например, делать холодильники. Проблема в том, что коэффициент полезного действия таких приборов очень низкий. А он напрямую зависит от свойств материалов. Если удастся найти материалы с улучшенными свойствами, то КПД возможно увеличить.

Например, совсем недавно китайцы вывели на рынок новый высокотехнологичный продукт: котелки для туристов, которые производят электричество для зарядки мобильных телефонов.

Если повысить термоэлектрическую добротность материалов в 2-3 раза, то такие приборы найдут широчайшее применение практически всюду.

Возможно оптимизировать любое физическое свойство. Например, минимизировать энергию или максимизировать термоэлектрическую добротность.

Но когда начали проводить эксперименты, получили абсурдные результаты: получилась гигантской величины термоэлектрическая добротность для совершенно нестабильных веществ, структуры которых едва держатся и готовы развалиться. Стало понятно, что нужно оптимизировать не только это свойство, но вместе с тем и стабильность. Сделать одновременную оптимизацию двух свойств.

Это возможно. Математика для такой многокритериальной оптимизации была разработана ещё 100 лет назад итальянским экономистом Вильфредо Парето. Парето-оптимизация – очень мощный приём. Проведя её, обнаружили, что задача поиска термоэлектриков, которые в разы лучше существующих на сегодняшний день, оказалась решаема.

Циклы статей

• Вкуснология
• Борись за каждый волос!
• Ноги: основы ухода
• Для счастливой кожи
• Натурально от простуды
• Заботливым родителям
• Козье молоко — правда и вымыслы
• Очищение организма
• Как избавиться от пигментации
• Ваша аптечка
• Весна на даче
• 5 способов загореть быстро, красиво и безопасно
• Кофе в подарок мужчине и женщине
• Секрет улыбки
• О мёде от Эксперта
• Чайная мозаика
• Учитесь нравиться
• Дарите подарки
• Леди предпочитают мех
• Соки – коллекция легенд и вкусов
• Путешествующим родителям
• Теория и практика отравлений
• Родителям о Психогигиене — «До и после»
• Хлебная диета
• Герпес многоликий
• Паразиты домашние и дикие
• Что любит сердце
• Медицина о тропиках
• Выпечка хорошего настроения
• Иммунитет в большом городе
• Культура голодания
• Olive digest

Упоминается вместе

КОНДРАТЬЕВ Вениамин Иванович

Губернатор Краснодарского края

1 место

РУППЕЛЬ Александр Александрович

Исполняющий обязанности министра финансов Краснодарского края

2 место

КОПАЙГОРОДСКИЙ Алексей Сергеевич

Глава Сочи

3 место

КОРОБКА Андрей Николаевич

Заместитель губернатора

4 место

ПЕРВЫШОВ Евгений Алексеевич

Мэр Краснодара

5 место

ТРЕМБИЦКИЙ Александр Александрович

Министр топливно-энергетического комплекса и жилищно-коммунального хозяйства Краснодарского края

6 место

БУРЛАЧКО Юрий Александрович

Председатель Законодательного Собрания Краснодарского края

7 место

ТЕМЛЯКОВА Юлия

Заместитель директора Краснодарского филиала «Россельхозбанка»

8 место

ПОЛЯКОВ Сергей

Директор Краснодарского филиала

9 место

АЛЕКСЕЕНКО Андрей Анатольевич

Вице-губернатор

10 место

ШВЕЦ Василий Александрович

Исполняющий обязанности главы муниципального образования город-курорт Анапа

11 место

ГАЛАСЬ Игорь Петрович

вице-губернатор

12 место

КУЛИКОВ Иван Алексеевич

Руководитель департамента промышленной политики Краснодарского края

13 место

ПОТАПОВА Алена Андреевна

Начальник отдела по работе с корпоративными клиентами

14 место

ЛЫСОВ Денис Константинович

Директор макрорегионального филиала «Центр» ПАО «Ростелеком»

15 место

Некоторые люди рождаются, чтобы изменить мир. Артем Оганов – один из них. Вся его биография – упорный труд, чреда поступательных достижений и побед.

Родился на Украине 3 марта 1975 года. Его отец – тбилисский армянин, корни семьи – из Карабаха, мама – еврейка из Украины. Воспитывался и рос в Москве.

В то время в России было мало армян и его часто дразнили, на что мальчик обижался и лез драться. «Каково жe было мое удивление, когда я приехал в Армению и меня начали дразнить “рус-рус-кукуруз”», — вспоминает он.

Когда ему было 4 года, он нашел дома научно-популярную книгу по химии, увлекся этой наукой, позже стал посещать вечерние лекции в Менделеевском институте.

В возрасте пяти лет, будучи в Ереване, выучил армянский язык. По возращению домой “неармянская” мама была в шоке, когда Артем ее поприветствовал «Барев дзез, мам джан».

С детства появилась большая мечта: когда вырастет, станет химиком, будет открывать новые элементы, работать с великими академиками Флеровым и Оганесяном. Сегодня он говорит об этом с улыбкой: «Есть один урок, который я извлек из 41 года жизни, – мечты всегда сбываются. С Оганесяном и его командой я познакомился в Армении, мы очень подружились. Все детство я мечтал об этом».

Школу в Москве он окончил с золотой медалью. Поступил на геологический факультет МГУ. Приходилось тяжело, денег не было, но совмещать учебу с работой и идти на компромиссы Артем не хотел. Он упорно шел за мечтой. В 1997 году с отличием окончил университет по специальности «кристаллография и кристаллохимия».

Пришла пора выбирать страну, и Артем делает выбор в сторону Лондона, на что получает в России президентский грант. Там в 2002 году защищает кандидатскую диссертацию по кристаллографии в Университетском колледже Лондона.

Фото: sib-science.info

И закрутилось: в 2007 году он получил степень доктора наук в Цюрихском политехническом институте. В 2010 году в возрасте 34 лет стал самым молодым в истории полным профессором Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук. Там же стал заведовать лабораторией компьютерного дизайна материалов.

В 2013 году, помимо лаборатории в США, создал и возглавил лаборатории в России и в Китае. В 2014 году журналы «Русский репортер» и «Эксперт» включили Оганова в список 100 наиболее влиятельных россиян. С 2015 года является профессором Сколковского института науки и технологий. В 2015 году избран профессором Российской академии наук.

Сегодня он – звезда и один из самых желаемых профессоров мира.  Выступает в ведущих университетах мира, много путешествует. Говорит на 5 языках.

Однако Армения для него – на особом месте. Оганов ставит ее в тройку любимых стран: «Страна моих очень далеких предков. Вообще, наша семья родом из Карабаха и Тбилиси, но дальние предки все-таки из Армении. Уникальная история и архитектура, до сих пор сохраняющая почерк Урарту и Ассирии. Добрейшие люди, вкусная еда».
Фото: ТАСС

Себя он идентифицирует очень честно: «Надо принимать себя таким, какой я есть. Я наполовину армянин, наполовину еврей, родился на Украине, вырос в Москве. Если кому-то не нравится, что я носитель русской культуры, армянской или еврейской крови, то он несомненно получит в морду, так как я горжусь каждой запятой в своей биографии».

Несмотря на то, что его работа рассредоточена по всему миру, он не боится выражать свое отношение к происходящему в политике: «Мне совсем не нравится нынешняя ситуация, она напоминает мне Пунические войны. Я считаю, что все, что сегодня происходит, это попытка Запада уничтожить Россию. Украина, где я родился, уже уничтожена. Там никогда не будет мира; Армения и Азербайджан находятся в состоянии войны уже 25 лет, Таджикистан переживает хаос после 20-летней гражданской войны, все места, где есть члены моей семьи, являются театром военных действий. Германия воссоединилась, но России мешают помириться со своими соседями, почему? Россия и Украина всегда были частью одного пространства. Сегодня Украину пригласили присоединиться к НАТО и Европейскому союзу, ― то есть Запад объединяется, а Россия должна быть разделенной? Запад приветствовал сепаратизм в Чечне, к примеру. Если относиться к людям неодинаково, это создает конфликт, то же самое со странами, но, в конечном счете, именно люди страдают от конфликтов».

В прошлом году Артем стал героем одного из серии документальных фильмов Леонида Парфенова про обычных русских людей, добившихся мирового признания в своей профессии. Предлагаем фильм Вашему просмотру.

О материалах

Глядя на разнообразие материалов, которые находятся сегодня в распоряжении у человечества, поражаешься диапазону величин свойств, которые у них есть, и восхищаешься тем, насколько удивительны и неожиданны некоторые свойства.

Самым твёрдым материалом, известным человечеству, уже много тысяч лет является алмаз. До сих пор твёрже алмаза никто ничего не придумал. Время от времени возникают сообщения, что исследователям удалось синтезировать материал твёрже алмаза, но у всех сообщений одна и та же печальная судьба.

Алмаз используется, например, в буровой технике.

Люди привыкли, что самая высокая теплопроводность у металлов. В самом деле, если налить горячий чай в керамическую и металлическую чашку, то комфортнее будет держать, конечно, керамическую. Тем не менее, гораздо более высокая теплопроводность у материала, который можно назвать керамическим – у алмаза. Его теплопроводность примерно в десять раз выше, чем у металлов, с которыми человек сталкивается.

Можно провести эксперимент. Если взять две пластинки, металлическую (допустим, монетку) и алмазную такого же размера, и легонечко прикоснуться к ледяному кубику, тепло тела будет передаваться алмазной пластинкой и проплавлять ледяной кубик. Суть в том, что металлической пластинкой лёд никогда не проплавить. А алмазная пластинка будет настолько быстро проводить тепло, что, во-первых, она мгновенно примет температуру льда в руке, а во-вторых, она будет сразу же сбрасывать тепло с руки в кубик и мгновенно его растопит.

Достижения коллег

Около четырёх лет назад китайские учёные, используя программу Артёма Оганова, сделали удивительное предсказание, напрямую связанное с темой сверхпроводимости. Они предсказали, что сероводород под давлением становится нестабильным и распадается с образованием соединения H₃S. Но самое интересное здесь то, что H₃S, согласно их предсказанию, должен быть рекордным высокотемпературным проводником. Китайцы предсказали, что H₃S будет иметь температуру проводимости 200К (кельвин).

Спустя год это предсказание было блестяще подтверждено российскими экспериментаторами. Теория предсказала диапазон от 191К до 204К, эксперимент показал 203К.

Но и это не конец истории. Многие научные группы по всему миру занялись темой гидридной сверхпроводимости под давлением.

Оказалось, что среди гидридов металлов все высокотемпературные сверхпроводники образуются металлами, лежащими между 2 и 3 группой таблицы Менделеева.

Новые неожиданные химические составы возникают не только в кристаллах под давлением, но и в молекулах или наночастицах при обычных условиях. Удалось разработать метод, который позволяет предсказывать стабильные наночастицы в большом диапазоне составов. Если взять наночастицы, состоящие из кремния и кислорода, например, то все стабильные наночастицы возможно предсказать одним расчётом.

Появилась возможность предсказывать стабильные химические составы кристаллических фаз и некристаллических (наночастиц, молекул). Но возможно ли научиться предсказывать материалы с необходимыми свойствами? Да. Это можно проиллюстрировать на примере термоэлектрических материалов.

Исследования

Моя работа, междисциплинарная по своей природе, объединяет теоретическую кристаллографию, физику конденсированных сред, теоретическую химию, материаловедение, вычислительную математику и науки о Земле. Я разрабатываю и применяю новые вычислительные методы с целью прогнозирования и понимания поведения материалов (принципиально интересных или технологически полезных материалов, планетообразующих или синтетических материалов и т. д.). Основная цель моей работы — дать возможность открытия новых материалов вычислительными методами. С помощью теории и вычислений я стремлюсь понять факторы, определяющие структуру и свойства твердых тел, их структурные и электронные переходы — особенно под давлением, когда обычные правила и модели часто не работают.

Среди основных моментов этой работы:

1. USPEX: новый метод предсказания кристалличесих структур (EPSL 2006, J.Chem.Phys. 2006, Comp.Phys.Comm. 2006, Acc. Chem. Res. 2011).
2. Эволюционная метадинамика: еще один мощный метод предсказания кристаллических структур, также способный предсказывать механизмы фазовых переходов (CrystEngComm 2012).
3. Разработка метода количественной оценки и визуализации энергетических ландшафтов. (J.Chem.Phys. 2009).
4. Метод упругой ленты с переменной ячейкой (англ. VCNEB — Variable-cell nudged elastic band) для предсказания механизмов фазовых переходов. (Comp. Phys. Comm. 2013).
5. Разработка гибридного метода глобальной оптимизации для поиска материалов с целевыми физическими свойствами, который предлагает новый способ обнаружения материалов на компьютере. (PRB 2011)
6. Совместное теоретическое и экспериментальное открытие постперовскита MgSiO₃, основного минерала D» слоя Земли (Nature 2004). Это открытие было подтверждено рядом независимых исследований.
7. Первые теоретические исследования реологии перовскита MgSiO₃ и постперовскита (Nature 2005) на основе метадинамики из первых принципов и новая интерпретация сейсмической анизотропии D» слоя Земли. Предсказание политипного ряда структур между перовскитом и постперовскитом, возможных новых мантийных минералов, экспериментально подтвержденных O.Tschauner в 2008 году.
8. Интерпретация сейсмической томографии в рамках физики минералов в терминах распределения температуры в мантии Земли (Nature 2001). Тепловая модель мантии Земли (EMU Lecture Notes 2002).
9. Фазовые диаграммы землеобразующих минералов из первых принципов (Nature, PNAS, PRL, Phys.Rev.B, J.Chem.Phys., 2003-2006). Прогнозирование и обнаружение новых минеральных фаз высокого давления CaCO3 (EPSL 2006), MgCO3 и CO2 (EPSL 2008), Fe2C (УФН 2012).
10. Усовершенствованные методы калибровки давления для экспериментов в ячейках с алмазными наковальнями и новые P-T шкалы давления (DAN 2003, 2006; PRB 2007).
11. Открытие новых структур элементов под высоким давлением — частично ионизированной фазы бора (Nature, январь 2009) и прозрачной диэлектрической фазы натрия (Nature, март 2009 г.). Прогнозирование и выяснение вызванного давлением структурного превращения в метане (J.Chem.Phys. 2010), силане (PRL 2009), германии (PRL 2008), станнане (PNAS 2010), углероде (PRL 2009), азоте (PRL 2009), кальции (PNAS 2010), новых гидридах лития (PNAS 2009), фазах графана (PNAS 2011), оксидах ксенона (Nature Chemistry 2013), борогидриде магния (PRL 2012), боранах (PRL 2013), двумерном боре (PRL 2014).
12. Установление структуры нового аллотропа углерода — «сверхтвердого графита» (J.Chem.Phys. 2006, PRL 2009, Scientific Reports 2012).
13. Предсказание и проверка новых экзотических классов соединений, термодинамически устойчивых под давлением: например, в системах Na-Cl (Na₃Cl, Na₂Cl, Na₃Cl₂, NaCl₃, NaCl₇) и Mg-O (Mg₃O₂, MgO₂). (Science 2013; Phys.Chem.Chem.Phys. 2013).

Тайна алмазной планеты

А где в природе встречается сверхвысокое давление?

На самом деле большая часть вещества во Вселенной находится под давлением. Посмотрите на Землю. Давления низкие, близкие к нулю, встречаются только у самой поверхности — где мы живём. А в центре оно достигает почти четырёх миллионов атмосфер. Но Земля не самая большая планета. На планетах покрупнее давление гораздо больше. В недрах Нептуна оно доходит до восьми миллионов атмосфер. Юпитера — кажется, до пятидесяти миллионов. Я уже не говорю про звёзды, где давление вообще колоссальное. Получается, классическая химия описывает лишь небольшой слой, близкий к поверхности Земли.

Как выглядит мир под высоким давлением?

Общей картины пока нет, только догадки. Понятно, что любое вещество под давлением рано или поздно превратится в металл. Даже наш натрий, утративший свою металлическую сущность, если сдавить его ещё сильнее, снова станет металлом. Даже водород в недрах Юпитера и Сатурна! Понятно, что под давлением более плотно упаковываются атомы. Химические связи ослабевают, но их количество увеличивается. Электроны становятся менее локализованными.

В коллаже использованы изображения Shutterstock

А Юпитер, он какой — жидкий?

Жидкий металлический шар из смеси водорода и гелия. Может быть, там есть небольшое твёрдое ядро — планетологи, насколько я понимаю, до сих пор точно не решили, есть там оно или нет. По логике вроде как должно быть, но твёрдых доказательств, основанных на измеряемых величинах, у них пока нет. Есть лишь разные модели — и с ядром, и без ядра, — которые объясняют известные нам характеристики этой планеты.

Сатурн, Уран и Нептун тоже жидкие и металлические?

Да, причём первые упоминания о ней появились через несколько месяцев после выхода нашей работы, так что сразу стал понятен возможный механизм образования алмазной планеты. Вероятно, это планета типа Нептуна, обладающая алмазным ядром и оболочкой из сжатых газов: воды, метана, аммиака. В какой-то момент она поменяла орбиту, приблизившись к своей звезде. И тепло звезды сдуло все эти легко испаряемые газы, обнажив алмазное ядро.

Изображение: Shutterstock

А в этом мире с высоким давлением возможны сложные структуры? Там могла бы возникнуть жизнь?

Этот вопрос напоминает мне о нашей недавней работе: мы обнаружили, что в системе азот — водород под давлением в 300–400 тысяч атмосфер, как в глубинах Урана и Нептуна, может возникнуть химия гораздо более сложная и разнообразная, чем химия углеводородов, на которой основана жизнь на поверхности Земли. Жидкая среда этих планет состоит на 56% из воды, на 33% из метана, а оставшиеся 10–11% — это аммиак. В таких условиях азот начинает образовывать сложнейшие полимерные цепочки, не только одномерные, но и двумерные. Кроме того, в отличие от нейтральных в устойчивом состоянии углеводородов, устойчивые азотоводороды могут нести заряд — это придаёт им дополнительную степень свободы и сложность по сравнению с углеводородами.

Кто знает, может быть, в глубинах этих планет существует другая форма жизни, построенная не на органической химии, а на неизвестной пока ещё, но явно не менее богатой азотистой. Может быть, там живут азотные люди. Они ходят на рыбалку и ловят азотных лещей на азотные удочки, строят дома из азотистых деревьев…. Мы этого всего не знаем, но то, что перед нами раскрывается новая, чрезвычайно богатая химия, — это несомненно.

ДЕЛОВЫЕ ЛЮДИ КРАСНОДАРА

ГлобалКРАС.ру уделяет особое внимание деятельности известных персон: политиков, чиновников, бизнесменов, банкиров, деятелей культуры и спорта. Их мнение во многом определяет развитие политической, общественной и экономической жизни Краснодара и Краснодарского края

Раздел постоянно редактируется нашими журналистами на предмет актуальности информации. Здесь можно найти информацию о генеральных директорах и президентах топовых краснодарских компаний, чиновниках и общественных деятелях, которые играют ключевую роль в развитии региона.
Цель проекта – создать комфортное информационное пространство для всех субъектов рынка, а также познакомить читательскую аудиторию с деловыми людьми Краснодара.
Мы создали внушительную базу персон в Краснодаре, в которой содержится информация о карьерном пути, образовании и другие важные сведения о человеке.
Благодаря автоматическому подсчету количества упоминаний персоны в новостях разделов «Краснодарские новости» и «Краснодарские пресс-релизы» на портале формируется рейтинг популярности и влияния персон. Коллектив ГлобалКРАС.ру отслеживает изменения рейтинга и поощряет участников проекта за успехи. В целом рейтинг участников строится на основе глубокого анализа активности PR-служб известных людей, а также отражает качественное состояние информационного поля, формируемого СМИ и пресс-службами вокруг организации.
«Деловые люди Краснодара» — проект о персонах, которые своими идеями, словами и поступками оказывают большое влияние на развитие и процветание Краснодара.

Меня пугали, что в России везде надо давать взятки

Профессор Артем Оганов, зайдя в свой личный кабинет в Менделеевском – красном – корпусе Сколтеха, первым делом меняет ботинки на удобные домашние тапочки. Ставит электрический чайник и садится за китайский столик. Не на пол, конечно. Чабань, или чайная доска, стоит на столе для совещаний как естественное продолжение рабочего процесса. Кабинет небольшой, до чайника Оганов дотягивается не вставая, первую заварку по традиции аккуратно сливает, ждет еще немного и тогда уже разливает душистый чай по глиняным пиалам.

– Прожив 16 лет на Западе, в Британии, Швейцарии, США, и проводя часть лета в Китае, я перенял некоторые привычки жителей этих стран, – объясняет он. – Вот мы с вами пьем чай за китайским столиком – это уже стало частью моего культурного кода. Что, если это все здесь не приживется, думал я, когда возвращался в Россию. Было страшновато возвращаться в страну, зная, что и эта страна, и я – сильно изменились, но очень хотелось.

Выпускник геологического факультета МГУ Артем Оганов уехал учиться за границу на исходе ХХ века. Когда Лондонский университет предложил аспирантуру, Оганов не думал ни минуты. В 1998 году в России наука бедствовала, доктора наук вынуждены были продавать порошок в переходах, не было ни оборудования, ни даже доступа к международным научным журналам. А если вы не читаете научную литературу, говорит профессор, вы вообще не ученый, потому что не можете заниматься новым.

– Тогда я решил, что уезжаю, но если когда-нибудь будет возможность заниматься своим делом на переднем крае науки, если будут нормальные условия для работы и жизни здесь, в России, то я вернусь не раздумывая. Как решил, так и поступил.

Возможность попробовать «на вкус» жизнь в уже незнакомой для Оганова стране – России – выпала в 2013 году, когда он получил мегагрант на создание лаборатории в МФТИ (открытый публичный конкурс, проводимый Правительством РФ, чтобы привлечь ведущих ученых в вузы страны. – Ред.). Россию ученый увидел совсем не такой, как ему описывали.

Например, все говорили, что в России шага нельзя ступить, не давая взятки. А Артем Оганов за всю жизнь не дал ни одной взятки. Вернее, только одну, в Париже, в русском посольстве. Там ему заявили: чтобы оформить документы на рожденную во Франции дочь, нужно подарить секретарше посольства коробку конфет, иначе пришлось бы возвращаться на следующий день, а времени уже не было.

– И вот каково же было мое удивление, – рассказывает ученый, – когда, живя в России, я обнаружил, что взяток у меня никто не просит. Правда, пару раз просили откаты, причем когда речь зашла о пользовании суперкомпьютером. Я на такие вещи реагирую очень просто: на деньги гранта я построил собственный суперкомпьютер, а тех людей вежливо послал и наблюдал, что же будет дальше. Если мне попытаются как-то отомстить, значит, жить в России без откатов нельзя. Но никаких проблем у меня не возникло, и более того, через какое-то время наказали тех, кто просил откаты. Наказали за что-то еще, потому что никаких жалоб никогда я не писал.

– Как вам кажется, массовый исход ученых из России закончится когда-то?

– По сути он уже давно закончился. Все, кто хотел уехать, уехали. Кроме того, люди едут туда, где интересно работать и интересно жить, а сейчас в России интересно работать и жить. Если появляется возможность нормального заработка и работы в нормально оснащенных лабораториях, то люди возвращаются. Около двух тысяч ученых уже вернулось в Россию, это, правда, капля в море, но большая капля, значимая. Многие из этих людей – состоявшиеся сильные ученые.

С другой стороны, аспирантский отток в последнее время, похоже, усилился. С аспирантурой у нас есть проблемы. В Сколтехе у аспирантов хорошие стипендии, в ряде других институтов тоже хорошие, но в основной массе аспирантские стипендии нищенские, несколько тысяч рублей.

– В МГУ 12 тысяч, по-моему.

– Это еще ничего, но тоже мало.

– Учитывая, что нет возможности работать, если хочешь учиться.

– Аспирантура – это критически важный этап становления ученого. Именно в этот период, занимаясь научными исследованиями, вчерашний студент превращается в научного лидера.

Я убежден, что аспирантам крайне вредно подрабатывать, а низкие зарплаты вынуждают их к этому.

Кроме того, аспирантов перегружают учебой, непонятно зачем они ходят на все эти бесконечные классы, с экзаменами и кредитами, никому, по сути, ненужными.

Во всех известных мне странах аспирантура – это не продолжение учебы, а начало самостоятельной научной работы, период, в который выковывается специалист мирового класса. Вот этого специалиста мы должны оставить в покое, не напрягать постоянными сдачами экзаменов и не изнурять безденежьем, а всячески о нем заботиться и дать ему возможность заниматься наукой.