Нобелевская премия по химии досталась Сусуму Китагаве, Ричарду Робсону и Омару Яги «за разработку металл-органических каркасных структур».

Растолковать смысл их исследований я попросил Артема Гущина, профессора Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, в котором тоже занимаются исследованием этих структур (мы с Артемом и некоторыми другими профессорами РАН сейчас вместе в Узбекистане – читаем тут лекции студентам разных вузов). Вот что он рассказал:

- Полимеры обычно ассоциируются с органикой, - с полиэтиленом, например. А здесь - металл содержащие полимеры, металл-органика, - такие гибридные соединения. Атомы металла и органические молекулы собираются в трёхмерные каркасы с порами, в которые могут проникать разные газы и жидкости.

- Что-то вроде губки?

- Да, как губка. Это очень высокопористая структура, а значит у ее очень большая площадь поверхности, которая может впитывать разные газы. Эти структуры можно использовать для хранения газов. Например, в таком сорбенте может храниться водород в автомобиле, а при определенных условиях высвобождаться и использоваться как водородное топливо.

С помощью металл-органических соединений можно и разделять газы. Пропускаешь через такую губку смесь газов, - один газ задерживается, а другой выходит. У этих материалов большой потенциал для применения в промышленности, но пока они находятся на стадии лабораторных прототипов.

- А что там за металл?

- Там разные металлы, вся периодическая система практически. Плюс органика, тоже разная. Органические молекулы связывают, как мостики, несколько ионов металла в полимерную структуру. Если вы меняете какие-то составляющие этой структуры, она изменит свойства – такая возможность регуляции и создает большой потенциал для применений.

- Вручение премии за это открытие было неожиданностью?

- Нет, ее ждали, - мы прогнозировали, что за это дадут Нобелевскую премию еще в прошлый раз, но тогда не дали. Академик Владимир Петрович Федин, мой учитель, - как раз ведущий специалист в России именно по этой тематике.

А вот что рассказал сам Владимир Федин в интервью для «Науки в Сибири»:

«Речь идет о структурах, в которых точно можно определить положение всех атомов в пространстве, и самым замечательным свойством этих структур является их рекордная пористость. Пористые материалы очень важны для катализа, очистки воды и многих других применений.

Классические пористые материалы обладают площадью поверхности максимум 2 000—3 000 квадратных метров на грамм, это считается хорошим показателем. А у металл-органики рекордные значения достигают более 7 000 м2/г. Один грамм рекордсмена среди таких материалов имеет площадь внутренней поверхности, сопоставимую с размером футбольного поля.

В последнее время были выполнены блестящие работы по этой тематике, в том числе и с участием нынешних нобелевских лауреатов, - например, по абсорбции воды из воздуха пустыни, когда эти материалы ночью напитываются влагой, а затем под солнцем выделяют абсолютно чистую воду. Мы также принимаем участие в подобных исследованиях. Например, одно из направлений работы новосибирских химиков в этой области — создание сенсоров, позволяющих любому желающему без использования сложной аппаратуры, в домашних условиях определять опасные вещества в окружающих предметах, например содержание антибиотиков в мясе птицы и других продуктах».

По всем законам магии Нобелевская премия по физике в год столетия квантовой механики и в день 140-летия Нильса Бора должна была достаться первооткрывателям каких-нибудь квантовых эффектов. Законы магии не подвели, - премию получили Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис, открывшие новый вид макроскопических квантовых эффектов, когда квантовые свойства не ограничиваются квантовыми масштабами, а могут проявляться и в более крупных системах.

Это один из важнейших вопросов современной физики — как увеличить размер системы, способной на квантово-механические эффекты. От его решения зависит, сможем ли мы создать функциональные квантовые компьютеры. Ведь квантовый компьютер – это квантовая система, которую мы постепенно все увеличиваем и увеличиваем в масштабе. Создать его можно только раздвинув границы квантовых эффектов, чтобы законам этого странного микромира подчинялась большая система.

Физикам уже были известны несколько макроскопических квантовых эффектов, когда свойства квантовой механики, обычно проявляющиеся на атомном уровне, становятся заметны в поведении объектов, видимых невооруженным глазом: например, лазеры, сверхпроводимость и сверхтекучесть.

А лауреаты этого года добавили к ним еще один – квантовое тунеллирование. Так называют способность квантовых частиц проходить сквозь барьеры, даже если их энергия меньше высоты барьера. Эксперименты лауреатов, проведенные еще в 1980-х, показали, что в системе, состоящей из двух сверхпроводников, разделенных диэлектриком, ток протекает между двумя сверхпроводящими слоями, несмотря на препятствие в виде диэлектрика – даже в макроскопических системах, то есть эффект квантового тунеллирования возможно как бы перенести в наш мир, подчиняющийся законам классической механики. Сплоченный коллектив заряженных частиц в этих экспериментах вёл себя как единая квантовая сущность.

Исследования лауреатов открыли возможность для создания квантовых технологий. К этой группе технологий сейчас относят не только квантовые вычисления, но и квантовую криптографию - создание систем связи, которые всегда гарантированно могут обнаруживать подслушивание. И квантовые сенсоры - высокочувствительные датчики, способные заметить даже один-единственный фотон. Например, датчики в томографах, создающих карту электромагнитного поля человека или части его тела. Появилась уже целая область квантовой метрологии, - создания измерительной техники для всего, что можно очень точно измерить с помощью квантовых эффектов.