О новой, чрезвычайно актуальной для России технологии. Интервью с ее автором профессором С.Н. Максимовским

АНИ «ФИАН-информ» предлагает вниманию своих читателей интервью профессора Сергея Николаевича Максимовского пресс-секретарю РАН Сергею Абовичу Шаракшанэ.

    Берем денежную купюру, направляем на нее свет и под сверхсильным микроскопом видим: внутри бумаги — портретик Пушкина. Поворачиваем под разными углами и видим: как бы изнутри купюры под действием падающего света от портретика идет яркое радужное освещение, переливающееся всеми цветами радуги — вот оно красное, синее, оранжевое, черное. Оказывается, эта маркировка внутри бумажного полотна еще и не стирается — никаким образом! Проводились опыты: даже в кислоте не растворяется! Уже голограмма купюры пропадает, уже краска денежного знака исчезает, а эта маркировка — на месте. Потому что это — выращенные на нано-уровне внутри бумажного полотна металлические кристаллы! Напомним, о каком микроуровне мы говорим: например, 50 выстроенных в цепочку атомов водорода — и есть один «нанометр». Вот где делается маркировка денежной купюры! И ее не подделать!

    Ох, как актуально это сегодня для России! Нам ежедневно грозят усугублением санкций, в том числе в болезненной для нас финансовой сфере, наиболее распространенные банковские карты могут «в один прекрасный день» прекратить хождение, России немедленно нужна своя платежная система — так уже решено на политическом уровне. И оказывается, именно в этот момент наши физики предлагают решение, применимое и для банковских карт, и для денежных купюр — уникальное на планете Земля по степени защиты. Образно говоря, яичко ко Христову дню!

    Беседуем с автором технологии, доктором технических наук, научным сотрудником знаменитого ФИАНа и профессором Московского университета технологий и управления С.Н.Максимовским.

   — Сергей Николаевич, предвидится столь огромное практическое значение открытой вами технологии, что хочется обо всем расспросить подробно. Как родилась идея?

  — Внедрение металлических частиц в пластик, в бумагу, в резину, в стекло и т.п. — это технология создания композитных материалов для специальных назначений, так называемая наноплазмоника. Это направление на стыке физики, химии, технологии. Если сказать суть в одно предложение — под действием лазерного излучения происходит кристаллизация на поверхности расплава. Теперь чуть подробнее. Лазер, как известно — великое открытие  ХХ века, он был открыт нашими соотечественниками, Нобелевскими лауреатами академиками Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым, впервые создавшими источник когерентного света. Лазер, не путать, это не те светоэффекты на дискотеке, от которых могут быть поражены ваши глаза. Академиком А.М. Прохоровым и его коллегами были сделаны принципиальные открытия светогидравлического эффекта, когда лазерный луч создает громадное давление, ускорение частиц, эффекты самофокусировки.

    Я, кстати, в те времена, т.е. в 60-е годы прошлого века, уже работал в ФИАНе, лично видел, как были сделаны эти открытия, все это было на моем веку. Поэтому (много позднее) я и решил использовать лазерные эффекты в области технологии.

  — Читатель, далекий от физики, не может оценить — трудно или легко было сделать это технологическое открытие. К вам просьба: расскажите физическую суть процесса — только как можно популярнее, а мы постараемся вникнуть.

  — Излучение в низкотемпературной лазерной плазме задает процесс выращивания кристаллов — они начинают расти с высокими скоростями. Лазерный луч взаимодействует с определенными растворами и так удалось создать монокристаллическую кристаллизацию со скоростями порядка 80-100 метров в секунду. Растут не просто кристаллы, а нанокристаллы. Физики знают, что обычно кристаллизация идет в равновесных условиях, а здесь она происходит в неравновесных условиях и материал приобретает совершенно новые свойства.

    Просили, чтобы я говорил на языке физиков – терпите. Рассказываю об уникальном процессе, потому что в нем будто бы происходит нарушение законов физики. Есть так называемое Больцмановское распределение молекул по энергиям, казалось бы, всеобщее свойство природы, но представьте: здесь это распределение не работает! Т.е. в химическую реакцию должны были бы, по канонам науки, вступать только те молекулы, которые набрали определенную энергию, но в данном процессе все иначе, поскольку под воздействием лазерного излучения температура достигает колоссальной температуры — 3,5 тысячи градусов по Цельсию. Но бумага (я сейчас говорю о купюре) не загорается, поскольку процесс идет в сверхкороткое время, в течение всего от 1 до 10 миллисекунд — и за это время успевают пройти все химические реакции. Лазерный луч, поскольку он мощный, разгоняет частицы в стенки с громадной скоростью, полудрагоценный камень или металл — медь, например — восстанавливается из химического раствора, доходит до расплава, что и создает зародыши, из которых идет кристаллизация. И эти кристаллы, размером каждый порядка 100 нанометров — хорошо видны в атомном микроскопе, из них-то и сделан портрет Пушкина, впрочем, маркировка может иметь любой графический образ.

       
На фото: Изображение нанокристаллов при различном увеличении в атомном микроскопе

    Так создается уникальный защитный признак по защите основного материала от подделки. Причем, не только купюр, банковских карт или особо важных документов. Авиация знает, например, немало случаев подделки запчастей, что создает реальную угрозу безопасности полетов — пожалуйста, оригинальные запчасти можно маркировать таким образом.

    — Тогда разъясните читателю-нефизику что именно здесь новое — применение лазера?

  — Дело в скорости кристаллизации. Кристаллизация оказалась чрезвычайно необходима всей электронной промышленности после открытия кристаллической решетки, открытия транзисторного эффекта, после открытия гетероструктуры Нобелевским лауреатом академиком Ж.И. Алферовым. Тогда установки были технологически сложными и дорогими, но, увы,  кристаллизацию давали очень медленную — со скоростью 4 сантиметра в час. А соединение арсения и галлия — 1 сантиметр в час. Сравните, я говорил, что сейчас в нашей технологии кристаллизация идет со скоростями порядка 80-100 метров — в секунду! Вы спрашивали — это сложно или легко: на такое увеличение скорости кристаллизации ушли десятилетия поисков.

   Что мешает быстрой кристаллизации? Одно время я занимался с профессором А.А. Черновым кристаллизацией в космосе. Нам казалось, что в космосе есть невесомость и нет гравитационных явлений, и вследствие этого не возникает конвекции в расплаве. Ведь атому надо подойти, встроиться в нужную точку — потоки ему мешают. Нам предоставили космические аппараты. В то время и американцы, и мы стали делать установки для кристаллизации в условиях невесомости, потратили миллиарды долларов — и толком хорошего эффекта не получалось. На космических станциях невесомость плохая — кто-то передвигается, идет пыль. Далее началась эпоха разоружения, соответственно, появилось большое количество ракет ближнего действия — их нам стали предоставлять военные. Мы с фирмой академика С.П. Королева создали установку для такой хорошей невесомости, которую в течение 15 минут обеспечивали эти ракеты — порядка 10^-5–10^-6 — и подняли скорость кристаллизации с 4 сантиметров в час до одного метра в час. И стали получать идеальный кристалл, без дислокаций — германия, кремния. Но, увы, это была очень дорогая технология — лучше  уж на Луне было устанавливать станции и там делать электронику.

    — Давайте уточним. Мы с ваших слов уже уловили, что польза от открытия — для пластиковых карт новой будущей платежной системы России. Но, может быть, речь идет вообще о защите денежных знаков от подделки?

    — Правильно, речь вообще о защите денег от подделки, которая сегодня серьезно угрожает безопасности любого государства. Вспомните, Вторая мировая война — немцы научились изготавливать английские банкноты один к одному для подрыва экономики Англии. На недавнем конгрессе в Греции я слышал впечатляющие цифры: сегодня подделка банкнот на Западе — 16 млрд. евро в год, в России ходит в обращении поддельных купюр на 6 млрд. долларов, в частности, как говорилось на конгрессе, Арабские Эмираты осуществляют подделку российских тысячных и пятитысячных купюр.

    Печатание денег, ценных бумаг — это прерогатива государства. Открытие эффекта нанокристаллизации в лазерной плазме позволяет организовать защиту банкнот. В периодической системе Менделеева известно сто элементов, вы с помощью данной технологии можете засунуть в защищаемый материал любой элемент — и никто его не знает, вот у вас уже защита.

    — Не страшно ли, что, может быть, у вас просто украдут ваше открытие, раз оно такое ценное? К слову, приходилось читать про одну всем известную госкорпорацию: наше государство вкладывает огромные деньги в то, чтобы она развивала новые технологии, и она это делает, однако, оказывается, что девять из десяти готовых технологий на выходе уже «чудесным образом» имеют иностранного правообладателя и нашему государству теперь надо снова платить — уже за использование этих технологий...
    — Ничего не выкрадут, у меня патенты есть, рынок по торговле этой технологией защищен патентами ведущих стран. Кстати, этому меня научил мой научный руководитель профессор С.А. Медведев еще когда я готовил кандидатскую диссертацию. Он говорил, что для ученого, конечно, важно писать статьи, но надо уметь работать по-западному, т.е., в первую очередь, постараться получить патент, если исследование задевает область технологии. Ты, используя фундаментальную науку, выходишь на какие-то технологические разработки — непременно их патентуй. В этой новой технологии, о которой мы сейчас говорим, я оформил порядка десятка патентов Российской Федерации, а также, за свои личные деньги имею патенты Китая, США, Канады, Германии, Японии. Это все стоит мне больших денег, раньше частично меня Академия наук поддерживала, потом эта поддержка прекратилась. Отсутствие защиты интеллектуальной собственности считаю самым большим упущением в современной научной и инновационной политике в нашей стране.

    — А американские исследователи — не идут ли по этому же пути в поисках защиты банковских карт и банкнот?
   — Насколько я понял из выступлений на разного рода конгрессах — нет, они хотят лидировать в изготовлении чипов очень низкой концентрации примесей, которые современными методами нельзя было бы обнаружить.

    — Любопытно заглянуть внутрь вашего исследовательского процесса, как к вам приходит догадка  — вы, наверное, покрываете доску уравнениями математической физики?

    — Нет, я уравнения не записываю, они пишутся потом. Когда начинается наука? Это не я придумал, это еще Менделеев сказал. Наука начинается, когда эксперимент обсчитывают математикой. Поэтому физика как наука начинается с Ньютона, а химия как наука — не с Ломоносова, к сожалению, хотя он сформулировал законы сохранения материи и движения, а с Лавуазье, с его закона сохранения вещества, поскольку у Лавуазье были нормальные весы экспериментатора, он взвесил, посчитал и сказал, что, действительно, это происходит. Или стехиометрические законы, атомно-молекулярная теория — начинается с Дальтона, который в 1803 году открыл, что вещество состоит из атомов. Наука возникает с момента, когда математика начинает обсчитывать эксперимент.

    Мы — экспериментаторы, мы попробовали, провели эксперимент, увидели результат и первоначально даже его не поняли. Но затем нашли теории, которые здесь, в ФИАНе были отработаны, и обсчитали, описали весь этот эффект.

   Теперь о материальной стороне — на такие технологии нужны крупные деньги. Я все время выигрывал по грантам какие-то деньги, которые позволяли без государственной поддержки вести эти работы в Физическом институте. Приобрел довольно интересные лазеры, сделанные на нашем ЦКБ, купил американские лазеры. Сейчас также пытаюсь получить деньги, подаю заявку в Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (гендиректор И.М. Бортник) — хотим получить 25 миллионов рублей, чтобы сделать первые образцы по защите документов, денег и т.д. Мы умеем выращивать кристаллы, но денег на разработки очень не хватает.

    — Говоря о финансировании, вы задеваете болезненный вопрос для всей российской науки…

    — Корнельский университет в США, в котором я работал, имеет годовой бюджет 16 миллиардов долларов, это треть бюджета города Москвы — в таких условиях можно, конечно, науку развивать. А сколько у нас здесь получает преподаватель-доктор наук? 22 тысячи! Да такой нищеты нигде в развитых странах нет! Сколько вкладывает в науку Германия, Япония, даже Сингапур — в сравнении с ними финансирование науки в России просто копейки.

    Но наши беды не только в этом. Я приезжаю в один всем известный разрекламированный инновационный центр, там сидит кандидат наук, бывший генерал, говорит: отдай мне свои патенты по 100 тыс. за штуку, а тебе буду давать по 50 миллионов на ведение работы. Вот так-то! Весь этот инновационный центр — туфта оказалась, там жулики сидят. Первоначально привлеченные к его работе выдающиеся российские ученые — сейчас перестали туда ездить.

    И то же — в Минобрнауки, где уровень чиновников оставляет желать лучшего. Подаю заявки на эту технологию — кому? Человеку, который раньше не имел никакого отношения к науке, а теперь курирует чуть ли не все современные научные направления, имея при этом интеллект ниже среднего. Разумеется, мы не находим общего языка — я его не понимаю, а он меня не понимает. Он мне говорит про какие-то ГОСТы, какие-то странные вопросы задает — прошиты ли бумаги, которые я подаю, кто у меня конкурент и т.д. И после выясняется, что грант уходит в далекую провинцию. Вследствие, мягко говоря — «специфики договоренностей». Вот в таких обстоятельствах, увы, мы сегодня живем и работаем.

    Посмотрел я на научный отдел госкомпании РОСНАНО — то же самое, сидят тридцатилетние молодые дамы, ничего не понимающие в науке… Вы знаете, отсутствие в верхах российской научной и инновационной политики интеллектуального человека — сказывается пагубно. Может быть, нынешнее обострение международной обстановки, санкции обернутся для нас благоприятным действием: если окажемся в изоляции, все придется поднимать заново — как в 30-е, 40-е годы, а не воровать, виллы строить, пиар крутить. В России сейчас 130 долларовых миллиардеров — на чем они зарабатывают? И почему они не вкладывают деньги в развитие новых технологий?

    — Расскажите о своем пути в науке.

  — Я закончил Московский институт тонкой химической технологии, специализация — редкие рассеянные элементы, выращивание кристаллов, урановые технологии. Преподавали очень серьезные ученые, скажем, органическую химию — академик И.Н. Назаров, физическую химию — очень известный академик Я.К. Сыркин, некоторые члены-корреспонденты, математику преподавала профессор О.Н. Цубербиллер — словом, это была научная элита. Затем по распределению попал сюда, в ФИАН, в этом Институте провел более пятидесяти лет, за что благодарен судьбе, тут особый дух, меня окружали люди, которые мыслили как Н.Г. Басов и А.М. Прохоров, кстати, и с тем и с другим я имел личные контакты.

    Мне повезло и с тем, что когда я пришел в ФИАН, в это время член-корреспондент Бенцион Моисеевич Вул пригласил в Институт профессора Сергея Александровича Медведева, прибывшего в тот момент из Франции (в связи с драматичными обстоятельствами и действиями спецслужб — во Франции посчитали, что он увез оттуда секреты, и он там был приговорен к смертной казни). С.А. Медведев внес большой вклад в постановку технологии в Советском Союзе, установки по выращиванию монокристаллического кремния ЖК0101 в 35-м институте — это его. Я учился именно у него, защитил кандидатскую диссертацию, он научил меня смотреть на технологию с западной точки зрения, я ему за это благодарен. Кстати, все кандидатские диссертации в области технологии в Институте защищались именно у него.

    Сделал маленькие счетчики для армии — защитить каждого солдата от радиоактивного излучения, такими счетчиками вооружена армия США. Довести работу, к сожалению, вовремя не удалось, денег не дали. Занялся технологией фотостимулирования эпитаксии, работал с  членом-корреспондентом Л.Н. Курбатовым — это работы по созданию лазера далекого ИК-диапазона. Сделал первый лазер по делению изотопов урана на 15 микрон для академика И.К. Кикоина — эта работа была представлена на Государственную премию, но меня (так иногда бывает) не включили в список. Впрочем, я за это не обижаюсь — эти работы вошли в мою докторскую диссертацию. Мне было тогда 44 года.

    Перешел работать в Московский государственный университет технологий и управления, был заведующим кафедрой химии, потом стал просто профессором, у меня сейчас там хорошее научное оборудование.

    Технология наноплазмоника, о которой мы сегодня говорим, позволяет решать и некоторые оборонные вопросы — сейчас я как раз вошел в один оборонный контракт. Есть так называемая порошковая металлургия, придумали мы ее в Советском Союзе, но позже утратили. Применение нашей технологии таково: если при помощи лазера начать делать очень мелкие порошки из монокристаллических наночастиц (на уровне порядке ста нанометров), они начинают кристаллизоваться и дают очень мощный монолит, не требующий последующих операций по обработке металлов.

    — Странно, впечатление, что западные лаборатории должны были бы вас переманить…

   — По роду деятельности я очень много ездил по заграничным командировкам. Первый раз по обмену попал во Францию в 24 года. Много раз был в США, в Японии, особенно долго работал в Германии, Австрии, Англии, Франции. И почти везде получал приглашения остаться. Но я себе этого не позволил — поскольку я принадлежу этой стране. Потому и остался работать здесь.

Беседовал Сергей Шаракшанэ