«С гордостью держу на своем письменном столе фотографию здания – Свердлова, 37, где родилась и окрепла наша школа»
Н.В. Белов, 1974 г.
Кафедре кристаллографии Нижегородского (Горьковского) университета 80 лет!
Начало XX века ознаменовалось новым этапом в истории развития науки о кристаллах, связанным с открытием в 1912 году М.Лауэ дифракции рентгеновских лучей на кристаллах, что сделало возможным экспериментальное определение атомной структуры вещества.
В Советском Союзе работы по структурному анализу кристаллов получили свое развитие к концу 30-х – началу 40-х годов. Общепризнано, что родоначальником структурной кристаллографии в нашей стране явился Н.В. Белов, и наиболее значимые результаты в этой области связаны с трудами самого Н.В. Белова и его многочисленных учеников.
Исторически сложилось так, что наиболее крупные научные успехи и результаты, достигнутые Н.В. Беловым, совпали с периодом его многолетнего и плодотворного сотрудничества с Горьковским университетом. По его инициативе и при непосредственном участии в ГГУ была создана в 1946 году кафедра кристаллографии, которую он возглавил. Во время своего первого визита в Горьковский университет в 1946 году Н.В.Белов был доктором химических наук. Звание профессора он получил по кафедре кристаллографии Горьковского университета. В том же 1946 году Н.В. Белов избирается член-корреспондентом, а в 1953 – действительным членом Академии наук СССР. В 1952 году ему присуждается Государственная (Сталинская) премия I степени. Преподавательская работа Н.В. Белова со студентами и аспирантами стимулировала разработку вопросов теории симметрии кристаллов и рентгеноструктурного анализа.
В последующие годы работа Н.В. Белова отмечена присвоением звания Героя Социалистического Труда (1969 г.), присуждением высшей награды Академии Наук СССР – золотой медали им. М.В. Ломоносова (1965 г.), Ленинской премии (1974 г.), многими другими высокими наградами. Международное признание деятельности Н.В. Белова нашло свое выражение в избрании его членом Исполкома и президентом Международного союза кристаллографов, избрание почетным членом зарубежных академий и научных обществ.
Н.В. Белов неоднократно подчеркивал значительную роль своих учеников в достигнутых результатах, отмечая при этом особое место горьковской школы. «Горький стал для меня источником моих лучших учеников. Они с готовностью приезжали ко мне с весьма реальной надеждой продвинуться в Москву», говорил Н.В. Белов в 1962 году.
16 и 17 февраля 1946 года в Горьковском университете состоялось, как было указано в приглашении, «…заседание, посвященное кристаллографии и кристаллофизике», на котором были прочитаны доклады директором Института кристаллографии АН СССР, чл.-корр. АН СССР А.В. Шубниковым и докторами наук Н.В. Беловым, З.Г. Пинскером и Г.Г. Леммлейном.
Основы исследований в области рентгеноструктурного анализа кристаллов были заложены Н.В.Беловым. К этим работам подключилась Т.Н. Тархова, работавшая тогда ассистентом кафедры. В 1949 году Т.Н. Тархова под руководством Н.В. Белова успешно защитила первую в Горьком «структурную» кандидатскую диссертацию по расшифровке атомной структуры минерала миларита.
В области электронографии металлических фаз под руководством З.Г. Пинскера активно начал работать заведующий лабораторией ГИФТИ С.В. Каверин. В 1950 году в ГИФТИ был сконструирован и построен второй в нашей стране электронограф; в 1953 году С.В. Кавериным была защищена кандидатская диссертация. Продолжались работы в области рентгенометаллофизики (А.К. Шевелев, В.Н. Щербаков, Б.А. Апаев), обеспечивая соответствующую потребность промышленных предприятий города.
Сотрудники Института кристаллографии АН СССР, работая в Горьковском университете по совместительству, читали основные лекционные курсы, руководили курсовыми и дипломными работами студентов. Лекции А.В. Шубникова слушали также работники Чернореченского химического завода (г. Дзержинск), осваивавшие в то время промышленное производство кристаллов рубина. Производственная практика была организована в лабораториях Института кристаллографии АН СССР.
Выпускники кафедры кристаллографии и физики металлов сыграли важную роль в развитии выделившегося в 1959 году из состава физико-математического факультета Горьковского университета физического факультета. С 1962 года на факультете началась подготовка студентов по специальности «полупроводники и диэлектрики». Выпускник кафедры кристаллографии и физики металлов П.В. Павлов, ученик Н.В. Белова, закончивший аспирантуру в 1957 году, в 1964 году организовал кафедру электроники твердого тела и стал ее первым заведующим. С 1966 по 1968 гг. П.В. Павлов был деканом физического факультета. Среди выпускников кафедры тех лет доктор физико-математических наук В.А. Толомасов, выпускник 1951 года, один из организаторов полупроводникового научного направления в ГИФТИ; доцент Головачев В.П., выпускник 1953 года, ученик Н.В. Белова и один из ведущих преподавателей кафедры кристаллографии, декан физического факультета в период 1971-74 гг. Выпускники 1955 г. – профессор В.А. Пантелеев и Д.И. Тетельбаум – ведущий научный сотрудник НИФТИ, доктор физико-математических наук.
В период 1962 – 1968 гг. кафедру кристаллографии и физики металлов возглавлял доцент Белюстин А.В. – известный специалист в области роста кристаллов из водных растворов. Особенно оригинальными и плодотворными были его методики изучения зарождения кристаллов с помощью левых и правых форм, применение искусственных центров при изучении закономерности роста кристаллов. Теоретические исследования позволили А.В. Белюстину с учениками разработать защищенные авторскими свидетельствами методики выращивания высококачественных технически ценных кристаллов и прежде всего дигидрофосфата калия (KDP). Эти работы были отмечены серебряной медалью ВДНХ СССР. Под руководством А.В. Белюстина на кафедре развивалась аспирантура по росту кристаллов, после окончания которой многие выпускники становились сотрудниками кафедры и лаборатории ГИФТИ (В.Н. Портнов, Э.Д. Рогачева, Н.С. Степанова, И.М. Левина и др). Многие ученики А.В. Белюстина по окончании ГГУ работали во Всесоюзном институте минерального сырья (г. Александров). Среди них Самойлович М.И., Терентьева Л.А., Лаптев В.А., Санжарлинский Н.Г. и др. В настоящее время направлением выращивания кристаллов руководит доцент Е. Л. Ким. Лаборатория роста активно сотрудничает с Институтом прикладной физики РАН, в которой работают выпускники кафедры. Сотрудники ИПФ РАН пишут диссертации под руководством сотрудников кафедры, а студенты приходят в институт на производственную практику.
В конце 50-х годов после образования Сибирского отделения АН СССР начинает формироваться «сибирский класс» школы Н.В. Белова. Ядром новой структурной лаборатории института неорганической химии СО АН СССР становятся горьковчане С.В. Борисов, со временем возглавивший эту лабораторию, Р.Ф. Клевцова, В.Ф. Дворянкин, Г.Г. Дворянкина, Н.Н. Неронова. Чуть позже из Горького в Новосибирск переезжает Л.М. Плясова. В 1961 году после окончания университета в Новосибирск приехала Н.В. Подберезская, в 1963 году – Т.М. Полянская, в последующие годы – С.А. Громилов, возглавляющий лабораторию в настоящее время.
В 1960 году выпускник горьковской кафедры Ю.А. Симонов начал осваивать «кишиневский класс» горьковской Беловской школы, где позже стали работать В.Н. Биюшкин, М.В. Ботошанский.
В 1960 году в структуре ГИФТИ официально оформляется лаборатория кристаллографии. Первоначально ее возглавляют заведующие кафедрой А.К. Шевелев, А.В. Белюстин, затем заведующим лабораторией становится Т.С. Кунцевич. Позже лабораторию в течение многих лет возглавляет также выпускник кафедры аспирант Н.В. Белова Ю.Н. Дроздов. Позднее под руководстовом Ю.Н. Дроздова была основана лаборатория в Институте физики микроструктур (филиале ИПФ) РАН, которую в настоящее время возглавляет выпускник кафедры к.ф.-м.н. П.А. Юнин.
В 1961 году Н.В. Белов возглавил кафедру кристаллографии геологического факультета МГУ. С этого времени он перестает быть штатным сотрудником горьковской кафедры, но по-прежнему регулярно приезжает в Горький, оставаясь научным руководителем кафедры, читает лекции, руководит аспирантами и дипломниками. В 1971 году научная общественность страны широко отмечала 80-летие со для рождения Н.В. Белова. К этой дате оказались приурочены и защиты докторских диссертаций сотрудниками московской лаборатории Н.В. Белова выпускниками горьковской кафедры В.И. Симоновым и В.В. Илюхиным.
Профессор В.И. Симонов известен своими работами в области автоматизации структурных расшифровок, исследованиями сложных модулированных структур, атомных структур кристаллов – высокотемпературных сверхпроводников и др. В течение многих лет В.И. Симонов являлся заместителем директора и директором Института кристаллографии.
В.В. Илюхин – один из наиболее ярких представителей горьковской беловской кристаллографической школы, выпускник Горьковского университета 1956 года – трагически погиб в 1982 году. В.В. Илюхин был соавтором многих научных работ, выполненных на кафедре кристаллографии и в ГИФТИ, а также соруководителем Н.В. Белова при выполнении ряда кандидатских диссертаций, в том числе и выполнявшихся непосредственно в Горьком. В 1974 году была успешно защищена докторская диссертация доцентом кафедры кристаллографии Горьковского университета Э.А. Кузьминым. Научным руководителем этой работы совместно с Н.В. Беловым был В.В. Илюхин.
В 1974 году кафедру кристаллографии возглавил молодой доктор наук Э.А. Кузьмин. На кафедре началась, как было образно сказано в одной из статей газеты «Горьковский университет», «эра доктора Э.А. Кузьмина». Именно в этот период кафедра кристаллографии становится победителем социалистического соревнования кафедр университета. Большое количество сотрудников кафедры кристаллографии и лаборатории ГИФТИ защищают кандидатские диссертации. Под руководством Н.В. Белова и Э.А. Кузьмина Защищаются новые кандидатские диссертации. На кафедру приходят молодые ассистенты – Солдатов Е.А. и Чупрунов Е.В.
Постепенно кристаллографическое направление развивается на кафедре экспериментальной физики, которую с 1989 года возглавляет ученик Н.В. Белова и Т.Н. Тарховой проф. Е.В. Чупрунов. Е.В. Чупрунов закончил 1973 году кафедру кристаллографии Горьковского университета и с 1974 года работал преподавателем кафедры. В 1979 году под руководством Н.В. Белова защитил кандидатскую диссертацию, в 1991 году – докторскую. В 1994-2006 гг. Е.В. Чупрунов являлся деканом физического факультета университета, с 2006 по 2008 – проректором по научной работе. В период с 2008 по 2019 гг. был ректором Нижегородского университета.
Н.В. Беловым в том числе и совместно с горьковскими учениками публикуется ряд статей, посвященных проблемам преподавания кристаллографии. Эти работы написаны с высоким профессионализмом и литературным своеобразием и до сих пор остаются лучшим в мировой литературе изложением структурной кристаллографии и учения о федоровской симметрии кристаллов. В 1986 году большинство этих работ были собраны в одной книге под названием «Очерки по структурной кристаллографии». В 1974-1975 гг. Т.Н. Тарховой под редакцией Н.В. Белова для студентов Горьковского университета была издана серия учебных пособий по геометрической кристаллографии. Во многом с использованием идей Н.В. Белова Е.В. Чупруновым, А.Ф. Хохловым, М.А. Фаддеевым был написан учебник «Основы кристаллографии», который стал базовым для подготовки физиков-кристаллографов.
В 1956 году Н.В. Беловым и Т.Н. Тарховой были выполнены первые, ставшие классическими, работы по цветной симметрии. Эти работы были опубликованы в первом номере нового академического журнала «Кристаллография». Группы, принадлежащие одному из классов циклических цветных групп, в настоящее время называются беловскими группами.
Дальнейшее развитие работ в области симметрии кристаллов в Нижегородском университете связано с разработкой теории псевдосимметрии кристаллических структур. Формулировка основных положений теории псевдосимметрии кристаллов, разработка методов расшифровки псевдосимметричных структур и описание физических свойств псевдосимметричных кристаллов стало темой докторской диссертации Е.В. Чупрунова, выполненной непосредственно в Горьком и защищенной в 1991 году в Институте кристаллографии АН СССР. Данная диссертация положила начало исследованию вопросов псевдосимметрии кристаллов в «горьковском классе» школы Н.В. Белова.
Е.В.Чупрунов, Т.Н.Тархова и их ученики сформулировали основные положения теории федоровской псевдосимметрии кристаллов на основе понятия орбит кристаллографических групп. Были разработаны простые кристаллографические процедуры (в духе «классного метода» Н.В. Белова) нахождения «псевдосимметричных» положений в кристаллическом пространстве, занимая которые множество симметрично-эквилентных атомов будет иметь симметрию более высокую, чем та, которая определяется пространственной группой симметрии кристалла в целом. Были перечислены пространственные группы в двумерном, трехмерном и четырехмерном пространствах, любая правильная система точек которых имеет симметрию более высокую, чем породившая их группа. Отсюда следовал метод определения числа различных по симметрии правильных систем точек, которых оказалось меньше, чем число взаимно неизоморфных групп в пространстве данной размерности.
В 1988 году Е.В.Чупруновым, Е.А.Солдатовым и Т.Н.Тарховой были предложены функционалы для количественного определения степени симметричности функций относительно отдельных операций и групп симметрии. Такие функционалы наиболее эффективно могут быть использованы для оценки степени симметричности функций типа электронной плотности кристаллов или электрического потенциала в элементарной ячейке. Такой подход оказался весьма полезным при описании изменений симметрии в процессе фазовых переходов второго рода в кристаллах. Кристаллы в низкосимметричных фазах можно представить как слабо искаженную структуру высокосимметричной фазы. С помощью предложенных функционалов можно точно рассчитать степень искажения симметрии структуры в процессе фазового перехода. В работе, выполненной в 2000 году Нижегородскими кристаллографами совместно с проф. Е.Л. Белоконевой (кафедра кристаллографии геологического факультета МГУ) показано, что для кристаллов серии КТР рассчитанная величина псевдосимметрии кристаллов в сегнетофазе находится в монотонной зависимости от температуры фазового перехода.
Обобщение подходов описания федоровской псевдосимметрии изложено Е.В. Чупруновым в монографии «Симметрия и псевдосимметрия кристаллов» в 2014 г.
Псевдосимметрический подход применялся для изучения взаимосвязи структурных особенностей кристаллов и их физических свойств (пьезоэлектрических, электрооптических, пироэлектрических, структурных фазовых переходов второго рода, квадратичной нелинейной восприимчивости) в работах Катковой М.Р., Иванова В.А., Марычева М.О., Гажулиной А.П.
В настоящее время наряду с классическими работами по расшифровке атомных структур кристаллов разработкой новых методов и исследованиями в области псевдосимметрии занимается доктор физико-математических наук профессор кафедры Сомов Н.В. со своими учениками.
Традиционно на кафедре ведутся работы, связанные с исследованием реальной структуры кристаллов. Это тематика научной работы д.ф.-м.н. В.Н.Трушина и доцента П.В. Андреева.
В настоящее время в Нижегородском государственном университете на физическом факультете продолжается подготовка физиков — кристаллографов. При этом сочетается широкая физико-математическая подготовка, которая традиционна для Российских университетов и принципы кристаллографического образования, которые в свое время были сформулированы Н.В.Беловым. В полном объеме читаются курсы лекций по «классическим» кристаллографическим дисциплинам — геометрической кристаллографии, рентгеноструктурному анализу, кристаллофизике, физике кристаллизации, росту и методам выращивания кристаллов. Кроме того, студенты изучают дисциплины, которые стали необходимы в связи с бурным развитием в последние годы науки о кристаллах — основы динамической теории дифракции рентгеновских лучей в кристаллах, теорию групп, основы теории фазовых переходов в кристаллах и другие. В 1984 году на физическом факультете открыта аудитория имени академика Н.В. Белова.
Являясь кафедрой не только кристаллографии, но и физики, кафедра вот уже почти 30 лет решает также социально значимую для нашей страны задачу – подготовку высококвалифицированных учителей физики для средних школ и других учебных заведений. И во многих школах, где работают наши выпускники, ученики выращивают кристаллы, пишут рефераты о таинствах симметрии, рассказывают, как устроены фуллерены и графен. И при этом обязательно упоминают имя академика Н.В. Белова и организованную им 80 лет назад и успешно работающую в наши дни кафедру кристаллографии Нижегородского (Горьковского) университета.
Начиная с 1982 г. ежегодно проводятся научные чтения имени академика Н.В. Белова. В декабре 1984 г. III Чтения состоялись в Горьковском университете. Традиция научных Чтений имени академика Белова жива и по сей день.
