Тем, кто увлекается наукой, особенно химией, имя Артема Оганова хорошо известно. А тем, кто только начинает интересоваться этой сферой, будет любопытно узнать о российском ученом-химике с мировым именем. Знаменитый кристаллограф, педагог, профессор РАН и член престижнейшей Европейской Академии наиболее известен созданием уникальных методов компьютерного дизайна новых материалов и предсказаниями кристаллических структур, изучением состояний веществ при высоких давлениях. Разработанную под его руководством компьютерную программу USPEX используют тысячи исследователей по всему миру. Десятки его предсказаний уже подтвердились экспериментально и существенно повлияли на фундаментальные знания в материаловедении, физике, химии и науках о Земле.
Беседуем с известным ученым о том, с чего может начаться успешная карьера, как делается наука, какими качествами должен обладать ученый, чтобы преуспеть, и многом другом. Надеемся, что столь интересные и честные рассуждения о разных сторонах науки укрепят кого-то в стремлении посвятить жизнь исследованиям в России.
Кратко о биографии
Успешно окончив геологический факультет МГУ по специальности «Кристаллография и кристаллохимия», в 23 года Артем Оганов уехал по стипендии учиться на Запад. В Университетском колледже Лондона защитил кандидатскую диссертацию (PhD), а затем в Цюрихском политехническом институте получил степень доктора наук (доктор физико-математических наук в России). В 2008 году стал доцентом, а в 2010 – профессором Стонибрукского Университета штат Нью-Йорк.
В 2013 году ученый выиграл 2 мегагранта – в России и Китае , в 2014 году переехал в Россию, став профессором Сколковского института науки и технологий. С 2020 года также профессор НИТУ-МИСИС, а с 2021 – заведующий Лабораторией Кристаллохимии ГЕОХИ РАН.
Среди многочисленных наград и признаний Артема Оганова – Премия Дружбы Правительства Китая. В 2015 году избран Профессором РАН, с 2017 – член Европейской Академии, в 2020 – избран действительным членом (Fellow) Королевского Химического общества и Американского Физического общества. Воспитал 16 кандидатов и 1 доктора наук.
Оганов стал самым молодым лауреатом международной премии «Согласие», которая присуждается Общероссийской общественной организацией «Союз армян России» при поддержке Правительства России.
Большая мечта
– Я мечтал стать ученым с самого раннего детства, с 4 лет. Меня увлекла научно-популярная книжка, которая была в домашней библиотеке. Мы с братом рано научились читать, любили листать книжки, читать их, рассматривать. У нас были самые разные книги. Мама приобщала нас к самому разному – и к поэзии, и к живописи, и к истории, и к наукам, с целью понять, к чему мы склонны, к чему мы тянемся, чтобы затем помочь нам идти к своей мечте. Книжка по химии увлекла меня не только картинками, но и прекрасно написанным текстом. Там были описаны химические элементы, как они встречаются в природе, как они себя проявляют, какими свойствами обладают.
Вот так я в самом раннем детстве увлекся химией и всю жизнь никем кроме как ученым себя не видел. Вскоре я уже читал журнал «Химия и жизнь» и другие книжки, а в 6-8 лет ходил на лекции по химии в Политехническом музее и Менделеевском институте.
Я считаю, что это самый правильный, универсальный способ приобщения ребенка к знаниям. Зажечь его, чтобы ему было интересно читать книги, ходить на лекции, чтобы было вообще интересно жить.
Предсказание: магия или наука?
– Предсказание – одна из функций науки. Наука должна обобщать, объяснять и предсказывать. Поэтому любая развитая научная дисциплина обладает предсказательным аппаратом.
В кристаллографии такой предсказательный аппарат еще недавно был мало развит. Считалось, что предсказание кристаллических структур невозможно, и задача не решаемая.
В то же время, если структура известна, то уже давно была возможность рассчитывать огромный список свойств с помощью сложных квантово-механических методов. Но, повторюсь, это можно сделать, только если известна структура. А вот предсказание самой структуры считалось принципиально невозможным.
Если говорить о России, то вычислительные науки до недавнего времени здесь очень страдали от недостатка суперкомпьютеров. Причина тому понятна – поправка Джексона-Вэника в американском законодательстве, которая запрещала в течение многих лет продажу СССР, а потом и России суперкомпьютеров. И в позднем Советском Союзе, и в ранней истории постсоветской России был жесточайший дефицит суперкомпьютерных ресурсов у российских ученых. Позже эту поправку отменили, и многие проблемы исчезли. За последние 10-15 лет в России появилась целая плеяда ученых, которые работают на международном уровне в этой области.
Но вернусь к тому, с чего начал. Если предсказание свойств по заданной структуре в общем-то хорошо отработано для большинства свойств, то предсказание структуры считалось невозможным.
Но я показал, что и структуру можно предсказать, когда в 2005 году со своим студентом разработал, а в 2006 году опубликовал метод для решения этой задачи. Теперь мы можем предсказывать структуру по заданному составу. Вы задаете химическую формулу – и моя программа предскажет вам структуру, с помощью которой затем вы можете рассчитать огромный список свойств. Даже не держа вещество в руке, вы сможете его охарактеризовать.
Потом этот метод я развил дальше. И уже не нужно задавать химическую формулу – вам достаточно просто сказать, какие элементы вас интересуют и какие условия (давление, температура). И при этих условиях программа найдет вам все стабильные соединения этих элементов. Можно условно сказать, что созданные мной методы предсказания кристаллических структур вывели теоретическую кристаллографию и дизайн материалов на по-настоящему предсказательный, качественно новый уровень.
А в чем же польза?
– Даже при нормальных условиях известны далеко не все соединения – ученые постоянно открывают новые соединения. Перебрать все возможные комбинации всех элементов и найти все стабильные соединения экспериментально – это задача исключительно затратная. А перебрать все эти соединения, найти наилучшие материалы для разных целей – например, самый твердый материал, самый прочный или самый магнитный материал, самый лучший материал для лазерных технологий и прочее – едва ли вообще решаемая.
Мы можем на компьютере предсказать соединение с наилучшими свойствами (среди всех известных и еще неизвестных соединений) для каких-то конкретных целей. Например, какой материал самый твердый из всех возможных открытых и еще не открытых? Мы можем такой вопрос «задать» компьютеру и он вам скажет, что ничего тверже алмаза вы не найдете. Во всяком случае, среди кристаллических веществ. Но помимо алмаза он предскажет еще множество других соединений, которые тоже будут очень твердыми, включая те соединения, которые человеком еще не созданы. Компьютер их предсказывает, потом человек идет в лабораторию и синтезирует это.
Итак, первое, для чего это все нужно – это создание новых материалов с рекордными свойствами. Потому что перебирать все экспериментально, делать трудоемкие работы по синтезу, а затем делать измерения свойств – это очень затратно.
А во-вторых, мы можем изучать вещество в тех условиях, где эксперименты вообще находятся на грани возможного. Например, очень непросто делать эксперименты на высоких давлениях. А высокие давления таят в себе очень много новых, не до конца изученных химических явлений, понять которые очень важно, потому что львиная доля вещества нашей планеты, да и других планет, находится при высоких давлениях. Мы никогда не поймем, что происходит на нашей Земле, как она эволюционирует, как она устроена, какие процессы в ней происходят, пока не поймем свойства и поведение веществ при высоких давлениях и, температурах, характерных для нашей планеты.
Кроме того, есть и другие сложные ситуации, где на сегодняшний день эксперимент провести сложно. А теория могла бы многое объяснить, прояснить, предсказать. Например, структуру и свойства наночастиц, поверхностей кристаллов и межзеренных границ. Тут эксперимент проводить исключительно трудно. Не всегда эксперимент дает полную информацию – а наши методы позволяют достаточно полно охарактеризовать такие состояния вещества.
10.09.2021
