В новом выпуске интервью «Женщины в науке» мы поговорили с победительницей конкурса «Наука будущего – наука молодых», младшим научным сотрудником и аспирантом лаборатории физики прочности Легендарного ФТИ им. А.Ф. Иоффе в Санкт-Петербурге – Светланой Гурьевой.

Светлана объяснила, почему её фундаментальное исследование важно на практике: длинноцепочечные углеводороды можно использовать как PCM-материалы – вещества с изменяемым фазовым состоянием.

Ваши исследования лежат на стыке физики прочности, спектроскопии и науки о материалах. Это очень фундаментальная и сложная область. Что вас изначально привлекло в физике и заставило выбрать для аспирантуры именно такую экспериментальную задачу?

Физика меня всегда привлекала, всё началось с наивной детской мечты стать космонавтом и увидеть Землю во всём её масштабе. Со временем, конечно, интересы менялись, но оставалась тяга к ответам на вопросы, как устроен мир, или как происходит то или иное явление природы. Казалось, что можно найти ответы на любые вопросы, и это сподвигло переехать из родного Архангельска и поступить в Петербургский политех на физику нанотехнологий. Так начался мой путь, приведший меня на третьем курсе в ФТИ им. Иоффе, где люди живут наукой. С тех пор я занялась изучением физики фазовых переходов, и вот уже на протяжении восьми лет всё больше продолжаю погружаться в каком-то смысле в неизведанное.

Победа на форуме «Наука будущего — наука молодых» — это признание значимости вашей работы. А с чего для вас лично начинался этот проект? Это была «искра» интереса к метастабильным состояниям или долгий поиск ответа на конкретную проблему в поведении материалов?

Явление температурного полиморфизма, т.е. существования веществ в различных кристаллических модификациях, характерно для многих соединений. Большой интерес представляет такое явление в длинноцепочечных углеводородах, в частности в н-алканах. В этих простых по химическому строению веществах возникают состояния, в которых молекулы могут вращаться вокруг своих осей, находясь в твёрдой фазе. И характерно, что возможна целая последовательность таких ротационных фаз в процессах нагревания-охлаждения н-алканов. Здесь возникают фундаментальные вопросы, касающиеся как структуры ротационных фаз, так и механизма перехода одной промежуточной фазы в другую. С практической точки зрения, актуальность этих исследований основана на возможности использования н-алканов в качестве материалов с изменяемым фазовых состоянием (“Phase Change Materials”), или PCM-материалов. Благодаря большой энергоёмкости за счёт различных фазовых переходов эти вещества можно использовать как термостабилизирующие элементы, первое применение которых, как раз-таки, было в скафандрах космонавтов.

Лично для меня этот проект начинался с вопросов о том, какие новые знания мы можем привнести, а представления о метастабильных состояниях возникли значительно позднее, в процессе долгой и кропотливой работы.

Давайте попробуем на простом языке: что такое «метастабильные состояния» в длинноцепочечных кристаллах и почему их так важно изучать? Представьте, что вы объясняете не физику: что это за «неустойчивые» состояния и что ваша ИК-Фурье спектроскопия позволяет в них увидеть?

Метастабильные состояния, в данном случае, – это промежуточное состояния, изменяющиеся во времени сами по себе, без каких-либо внешних воздействий. В длинноцепочечных кристаллах такими состояниями оказываются некоторые ротационные фазы, которые постоянно немного перестраиваются и релаксируют к более энергетически выгодным состояниям, поэтому их и называют неустойчивыми. Метод ИК спектроскопии основан на возбуждении инфракрасным излучением колебательных движений молекул. Он является очень чувствительным методом, поскольку позволяет проследить за колебаниями различных частей молекулы. Благодаря этому удается регистрировать малейшие изменения структуры, а также изучать кинетику превращения одной фазы в другую.

Вы используете современный метод ИК-Фурье спектроскопии. Почему именно он оказался так эффективен для изучения фазовых переходов? Это позволяет заглянуть глубже, увидеть быстрее протекающие процессы или получить принципиально новую информацию по сравнению с другими подходами?

ИК спектроскопия даёт информацию о типах химических связей в молекулах, о их структуре, а также и о межмолекулярных взаимодействиях. Таким образом, для наших веществ удаётся на уровне молекулярных колебаний устанавливать, как происходит тот или иной фазовый переход, а также что при этом происходит со структурой самой молекулы. Именно изменения структуры молекулы н-алкана, в конечном итоге, приводят к перестроению кристаллической решётки.

А если заглянуть в будущее ваших собственных исследований? Какая следующая большая и амбициозная задача вас ждет после завершения диссертации? Вы мечтаете открыть новое фундаментальное свойство материалов или ваша работа может иметь конкретные приложения, например, в создании новых материалов с заданной прочностью?

Да, работа по фазовым переходам будет продолжаться. Исследование н-алканов как модельных веществ позволит построить обобщённый механизм структурных превращений в различных углеводородах. Хотелось бы верить, что раскрытие фундаментальных основ работы PCM-материалов позволит существенно повысить их эффективность, а соответственно, и коммерческий интерес.

На ваш взгляд, насколько важно для молодой женщины-ученого чувствовать поддержку и наставничество в научном сообществе? Можете ли вы вспомнить человека — возможно, коллегу или научного руководителя — чья помощь или совет стали для вас особенно важны на пути к нынешним достижениям?

Роль наставника, конечно, нельзя переоценить. Никогда нельзя быть заранее уверенным в том, что всё получится, грандиозные результаты будут достигнуты. Однако опыт и знания старших коллег и руководителей направляют нас, молодых учёных, двигаться в нужном русле, видеть перспективы. Неугасаемый жизненный и научный интерес моего научного руководителя вдохновляет меня и моих коллег, за что ему огромная благодарность.

Ваш успех — отличный пример для других девушек, которые, возможно, боятся идти в фундаментальную науку. Какой главный совет вы бы дали студентке, которая сомневается, что карьера в физике — это для нее, опасаясь сложностей или стереотипов?

Научная работа – это творчество, результат которого предугадать невозможно. Однако идея, трудолюбие и сильный научный коллектив – вот залог истинного успеха. Если есть желание заниматься наукой, то не стоит сомневаться, для женщин в ней преград не больше, чем для мужчин. Просто не бывает никому, нужны поддержка, воодушевляющий интерес и желание постоянно развиваться.

Вы работаете в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе — в колыбели отечественной физической школы. Чем для вас является работа в стенах института с такой богатой историей? Это чувство ответственности, вдохновения или что-то еще?

Действительно, в нашем институте трудилось большое количество великих учёных, в том числе лауреатов Нобелевских премий. И, безусловно, чувство гордости за институт сопровождается большой ответственностью за собственную работу и получаемые результаты, хочется соответствовать уровню и статусу института.