Статьи энциклопедии

Из Татарской энциклопедии:

КАЗАНСКАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА РАДИОСПЕКТРОСКОПИИ, сформировалась на основе открытия в 1944 в Казан. ун-те Е.К.Завойским явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). С этого времени иссл. в области магнитного резонанса заняли вед. место в науч. программах казан. физиков. Формированию школы способствовали создание в 1945 Физ.-техн. ин-та КФАН СССР (зав. сектором физики - Е.К.Завойский, после его переезда в 1947 в Москву - Б.М.Козырев), открытие на физ. ф-те Казан. ун-та в 1957 С.А.Альтшулером проблемной лаборатории магнитной радиоспектроскопии для поиска перспективных рабочих веществ квантовой электроники и в 1963 - кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии (зав. - Максут М.Зарипов). Казан. ун-т стал осн. в СССР центром по подготовке специалистов в области магнитной радиоспектроскопии. Существенно повлияли на формирование К.н.ш.р. гор. магнитный семинар С.А.Альтшулера и регулярный выпуск сб. "Парамагнитный резонанс" (вып. 1-25, 1960-92: в 1960-83 под редакцией С.А.Альтшулера, с 1983 - Б.И.Кочелаева). Значит. роль в развитии ЭПР сыграла монография С.А.Альтшулера и Б.М.Козырева "Электронный парамагнитный резонанс" (М., 1961), одна из первых в этой области физики (впоследствии дополнена и переизд.).
В Казани получил развитие ряд спец. методик ЭПР, созданы установки, к-рые существенно расширили сферу приложения магнитного резонанса. Среди них - первая в СССР установка для изучения сигналов ядерного спинового эха (В.Д.Корепанов, Р.А.Даутов, В.М.Фадеев, 1959), спектрометр двойного электронно-ядерного резонанса (Ю.Е.Польский и др., 1969), лазерный поляриметрический спектрометр ЭПР и методика регистрации ЭПР спектров ионов в возбуждённых состояниях с помощью тепловых импульсов (А.А.Антипин и др., 1981), установка для оптического детектирования ЭПР (М.Л.Фалин, К.И.Герасимов, 1998). Сконструированы и созд. уникальная установка для исследований ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов (ЯМР, ЯКР) вплоть до неск. милликельвин (М.А.Теплов, А.Г.Володин, М.С.Тагиров, А.В.Егоров, О.Н.Бахарев), уникальный импульсный ЯМР-спектрометр с градиентом магнитного поля до 500 Тл/м (Г.Г.Пименов, В.Д.Скирда и др.), аналоги к-рого впоследствии были изготовлены для различных науч. и уч. орг-ций. Расширено частотное, пространственное и временное разрешение методов ЭПР. Созд. уникальный перестраиваемый по частоте спектрометр ЭПР субмиллиметрового диапазона - от 65 до 535 ГГц (В.Ф.Тарасов и др., 1991) и ЭПР-спектрометр для изучения быстропротекающих процессов с временным разрешением 80 нс (2002). Методом ЭПР-томографии впервые получено изображение скин-слоя в проводящих объектах (К.М.Салихов и др.). Разработаны слабополевые магнитно-резонансные томографы для предварительной диагностики (первые такие томографы установлены в больницах Казани в 1997 и г.Набережные Челны в 2002).
Учёными К.н.ш.р. получены основополагающие результаты в следующих направлениях: Парамагнитная релаксация. Сделаны первые расчёты времён спин-решёточной релаксации в солях редкоземельных элементов (С.А.Альтшулер, 1953), предложены механизм парамагнитной релаксации жидкости (С.А.Альтшулер, К.А.Валиев, 1958) и механизм спин-решёточной релаксации (Л.К.Аминов, 1962), получивший назв. Орбаха-Аминова процесс. С сер. 1960-х гг. развиваются эксперим. резонансные методы измерения релаксации (Л.Я.Шекун и др.). К числу кр. достижений относятся эксперим. наблюдение явления перегрева системы фононов и возникновения фононной лавины при импульсном насыщении крыла линии ЭПР (С.А.Альтшулер, Р.М.Валишев, А.Х.Хасанов, 1971) и построение теории этого явления (Б.И.Кочелаев, Р.Г.Деминов и др.).
ЭПР в диэлектрических кристаллах. В 1946 Е.К.Завойским было открыто влияние расщепления спиновых уровней энергии в нулевом внеш. магнитном поле на ЭПР, что положило начало иссл. тонкой и сверхтонкой структуры спектров ЭПР. Среди достижений казан. учёных в этой области - определение величины спина ядра изотопа 57Fe (Б.М.Козырев, Н.С.Гарифьянов, Максут М.Зарипов, 1957), расшифровка спектра ЭПР Cr3+ в кристалле рубина, к-рый впоследствии сыграл большую роль в создании мазеров и лазеров (Максут М.Зарипов, Ю.Я.Шамонин, 1956), иссл. ионов гр. железа (Максут М.Зарипов, В.А.Уланов и др.) и редкоземельных ионов (Л.Я.Шекун и др.) в различных кристаллах, ЭПР-центров с неспаренным s-электроном, образующихся под влиянием рентгеновского облучения (В.Г.Степанов и др.). Проведены иссл. ЭПР во внеш. электрических полях и под высоким давлением (М.М.Заитов), изучены сложные неорганические комплексы, содержащие кластеры из ионов гр. железа (Ю.В.Яблоков и др.). Результаты исследований обменных кластеров обобщены в монографии "Парамагнитный резонанс обменных кластеров" Ю.В.Яблокова, В.К.Воронковой, Л.В.Мосиной (М., 1988). Успешно развивается теория электронного строения парамагнитных центров (Б.З.Малкин, А.М.Леушин, М.В.Ерёмин и др.).
Магнитный резонанс в ван-флековских парамагнетиках. Магнитный резонанс на сверхтонких переходах ван-флековских ионов был предсказан Максутом М.Зариповым в 1956 и экспериментально наблюдался на ядрах ионов гр. железа (С.А.Альтшулер, В.Н.Ястребов, 1964) и ядрах редкоземельных ионов (М.А.Теплов, 1967). С.А.Альтшулер предложил использовать эти вещества для получения сверхнизких темп-р методом адиабатического размагничивания (1966). Достижениями в этой области являются: первое наблюдение ядерного акустического резонанса 141Рr в PrF3 (С.А.Альтшулер, А.Х.Хасанов, М.А.Теплов и др., 1979), обнаружение резонансной магнитной связи между ядрами 169Тm в этилсульфате тулия и ядрами жидкого 3Не (М.С.Тагиров, М.А.Теплов, А.В.Егоров, Ф.Л.Аухадеев, 1984), первое наблюдение субмиллиметрового ЭПР Тm3+ в монокристалле TmES (М.С.Тагиров, Д.А.Таюрский, 1996).
ЭПР и ЯМР металлов и сверхпроводников. С.А.Альтшулер и его ученики впервые в мире провели исследования по теории ЭПР в редкоземельных металлах, в т.ч. парамагнитной релаксации электронов проводимости на примесях (Н.С.Гарифьянов). К открытиям в этой области относятся: обнаружение ЭПР в сверхпроводнике (Т.С.Альтшулер, И.А.Гарифуллин, Э.Г.Харахашьян, 1972) и электронного спинового эха на электронах проводимости в металлах (Э.Г.Харахашьян и др., 1972), построение теории ЭПР в обычных сверхпроводниках (Б.И.Кочелаев, Л.Р.Тагиров, С.Л.Царевский и др.). Получены важные результаты по магнитным и кинетическим свойствам и фазовому расслоению высокотемпературных сверхпроводников и их родительских соединений (И.А.Гарифуллин, Н.Н.Гарифьянов, Г.Б.Тейтельбаум, Б.И.Кочелаев, М.А.Теплов, М.В.Ерёмин, Л.Р.Тагиров и др.). Построена теория взаимного влияния сверхпроводимости и ферромагнетизма в мультислойных структурах ферромагнетик-сверхпроводник и показано, что такие структуры могут служить элементной базой для создания микроэлектронной аппаратуры принципиально нового типа (И.А.Гарифуллин, Л.Р.Тагиров, М.Г.Хусаинов, Ю.Н.Прошин и др.). Построена общая теория магнитного пробоя в металлах (Ю.Н.Прошин).
Радиоспектроскопия неупорядоченных и частично упорядоченных сред. Впервые обнаружено влияние сверхтонкого взаимодействия на спектры ЭПР свободных радикалов (С.А.Альтшулер, Б.М.Козырев, С.Г.Салихов, 1950). Разработан метод ЭПР-спектроскопического иссл. комплексных соединений, содержащих ионы гр. железа, палладия, платины и редкоземельных элементов, включая соединения с необычными степенями окисления ионов металла в жидких и замороженных растворах и стёклах (Н.С.Гарифьянов, Б.М.Козырев, Б.М.Одинцов, Р.С.Абдрахманов и др.); изучены процессы электронной релаксации (в т.ч. нерезонансного поглощения), парамагнитных ионов в растворах и структурная орг-ция металлсодержащих ионообменных полимеров (Махмуд М.Зарипов, Р.М.Юльметьев, Г.П.Вишневская, Б.М.Козырев и др.). Методом ЯМР исследованы строение и процессы комплексообразования растворов парамагнетиков (А.И.Ривкинд и др.). Теоретически и экспериментально развит метод исследования с помощью ЭПР парамагнитных комплексов в частично упорядоченных жидкокристаллических матрицах, а также в созд. впервые магнитных металлсодержащих жидких кристаллах (И.В.Овчинников, Ю.Г.Галяметдинов и др.). Внесён существенный вклад в ЭПР-спектроскопию свободных радикалов и полиядерных соединений в порошках, растворах и стёклах (Ю.В.Яблоков и др.).
ЭПР в минералогии и геохимии. В сер. 1950-х гг. в Казан. ун-те стали применять метод ЭПР для изучения состояния примесей в минералах кл. галлоидов, оксидов, фосфатов, силикатов и использовать эти данные при решении минер., геол.-геохим. задач (В.М.Винокуров, Максут М.Зарипов). Особенности изовалентного и гетеровалентного изоморфизма ионов гр. железа и редкоземельных элементов впервые были установлены более чем в 30 минералах и их синт. аналогах. Полученные данные позволили объяснить природу окраски ряда минералов и установить геохим. зональность становления ряда горных массивов и м-ний (В.М.Винокуров, Н.М.Низамутдинов и др.). Методом ЯКР изучена структура ряда минералов (И.Н.Пеньков). С помощью ЭПР видового состава, концентрации примесей и радиационных ион-радикалов исследовались м-ния нефти в РТ; в продуктивных толщах выявлены интервалы с неподвижными нефтями. Установлены зоны древних и совр. уровней подошвенных вод, определены горизонты, обогащённые радиоактивными элементами, к-рые могут быть вынесены на поверхность с нефтью и попутными водами (В.М.Винокуров, Н.С.Гарифьянов).
ЭПР свободных радикалов. Широкое изучение методом ЭПР свободных радикалов в Казани началось после обнаружения Б.М.Козыревым и С.Г.Салиховым (1947) сигнала парамагнитного резонанса в пентафенилциклопентандиениле. Впервые были обнаружены влияние кислорода и растворителя на ширину линии ЭПР свободных радикалов (Н.С.Гарифьянов, А.В.Ильясов, Ю.В.Яблоков, 1958), сигналы ЭПР в кам. углях, продуктах пиролиза (сажах), нефтях и природных кернах (Н.С.Гарифьянов, А.В.Ильясов, 1961), предложена методика электрохим. генерирования ион-радикалов и парамагнитных комплексов (А.В.Ильясов, 1965). Экспериментально обнаружена хим. поляризация ядер фосфора (А.В.Ильясов, Я.А.Левин, 1970), исследован широкий круг фосфорорганических свободных радикалов и их комплексов, установлены особенности электронной структуры этих соединений и элементарные акты их превращений.
ЯМР в полимерах. С 1963 в Казан. ун-те под рук. А.И.Маклакова началось иссл. полимеров методами ЯМР. С помощью импульсного ЯМР изучались молекулярное движение в ряде полимеров, процессы кристаллизации полимеров, молекулярная подвижность, фазовые переходы в полимерных системах (В.Д.Скирда, Н.К.Двояшкин и др.); были разработаны новые теоретические подходы (Н.Ф.Фаткуллин).
ЯМР и ЯКР в химии. По инициативе Б.А.Арбузова в Казан. ун-те (Ю.Ю.Самитов, 1958) и Ин-те органической химии КФАН СССР (1965) были начаты физ.-хим. иссл. методом ЯМР. Впервые в СССР созд. ЯМР-спектрометры (Ю.Ю.Самитов, Т.В.Зыкова, А.В.Аганов и др.), разработаны теоретические и эксперим. методы установления пространственной структуры молекул (Ю.Ю.Самитов, Р.М.Аминова, А.А.Мусина, А.В.Аганов, Т.В.Зыкова, Т.А.Зябликова, Ш.К.Латыпов, Ф.Х.Каратаева и др.) , исследованы кинетики и динамики молекулярных перегруппировок, включая использование методов селективной релаксации и двумерной спектроскопии (Ю.Ю.Самитов, А.В.Аганов, В.В.Клочков и др.). Построены многочисл. спектроструктурные корреляции. Впервые осуществлены иссл. на ядрах инертных газов, растворённых в биол. тканях (Р.К.Мазитов, А.В.Ильясов и др.). По данным ЯКР определены распределение электронной плотности в молекулах соединений азота, корреляция частот ЯКР и констант реакционной способности (И.А.Сафин, Д.Я.Осокин и др.). Опубл. монография "Ядерный квадрупольный резонанс в соединениях азота" И.А.Сафина, Д.Я.Осокина (М., 1977).
Магнитный резонанс в биологии и медицине. В 1959 в Ин-те биологии КФАН СССР методом ЯМР начаты иссл. структурных свойств воды в биол. объектах (Н.А.Мальцев). В дальнейшем получили развитие два осн. направления: иссл. структуры, динамики и гидратации белков (В.Д.Федотов и др.); транспорт воды в растительных тканях (А.В.Анисимов и др.). Методы ЯМР с импульсными градиентами магнитного поля и ЭПР использованы для исследования различных процессов в биомед. системах (А.И.Маклаков, В.Д.Скирда, А.В.Аганов, А.В.Анисимов, Н.И.Силкин и др.). Развита теория время-разрешённой ЭПР-спектроскопии разделённых зарядов на первичных стадиях фотосинтеза (К.М.Салихов). С 1990 начато внедрение ЯМР-томографии в практическую медицину (А.В.Ильясов), с 1999 в Казан. ун-те проводится обучение по специальности "медицинская физика".
Иссл. казан. учёных в области радиоспектроскопии способствовали появлению новых и успешному развитию изв. родственных направлений в науке: акустического парамагнитного резонанса, фотонного эха, Мессбауэровской спектроскопии, в к-рой на основе изучения сверхтонкой структуры Мессбауэровских спектров исследованы особенности фазового перехода магнитных соединений при темп-ре Кюри, экспериментально и теоретически изучены магнитные микроструктуры сложных ферромагнитных соединений (Ш.Ш.Башкиров, Э.К.Садыков). Опубл. монография "Магнитная микроструктура ферритов" Ш.Ш.Башкирова, А.Б.Либермана, В.И.Синявского (1978). Проведены иссл. пород-коллекторов нефт. м-ний в Татарстане (Р.А.Манапов).
В Казани регулярно проводятся междунар. и всерос. конференции и школы для молодых учёных, посв. совр. достижениям в области изучения и применения магнитного резонанса и родственных явлений: "Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях" (с 1990), "Современные достижения магнитного резонанса" и "Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений" (с 1991), "Магнитно-резонансная томография и спектроскопия: фундаментальные исследования и приложения в медицине и биологии" (с 2001), "Структура и динамика молекулярных систем" (с 1994). Кр. событиями науч. жизни стали междунар. юбилейные конференции в честь 25-, 50- и 60-летия открытия ЭПР. С 1990 издаётся междунар. ж. "Applied magnetic resonance" ("Эплайд мегнетик резненс") на англ. языке. Учреждены Международная премия имени Е.К.Завойского (1991) за выдающийся вклад в развитие ЭПР и одноим. премия для молодых учёных Казани (1997) за значит. достижения в эксперим. и теоретической физике и её приложениях. Мн. изв. рос. учёные являются воспитанниками К.н.ш.р., из них только в Казани профессорами работают более 60чел. (2004). Целенаправленная работа учёных К.н.ш.р. по подготовке науч. кадров способствует притоку в науку одарённой молодёжи. В1978 в Казан. ун-те на физ. ф-те стали функционировать кружки по физике и математике, к-рые позднее оформились в объединение сотр., аспирантов, студентов, школьников при физ. ф-те ун-та в виде малого физ. ф-та (1980). Задачами объединения являются очное доп. физ.-матем. образование школьников, проф. ориентационная работа среди них, подготовка к олимпиадам.
Лит.: Парамагнитный резонанс. Казанская школа радиоспектроскопии, 1944-1971 гг. М., 1974; Радиоспектроскопия конденсированных сред. М., 1990; Kochelaev B.I., Yablokov Y.V. The Beginning of Paramagnetic Resonance. World Scientific. Singapore-New Jersey-L.-Hong Kong, 1995.

М.М.Зарипов, Б.И.Кочелаев, К.М.Салихов, Р.Г.Усманов.

наверх