Университет был небольшой и малоизвестный, это в будущем и в значительной мере благодаря Смолли он превратится в Мекку нанотехнологий, тем не менее выбор Смолли определили все же профессиональные соображения – там работал Роберт Кёрл, один из крупнейших специалистов в области лазерной спектроскопии. Смолли собрал усовершенствованный вариант своей чикагской установки, снабдив ее дополнительно масс-спектрометром для измерения массы молекул, образующихся в газовой фазе (нечто подобное сделал незадолго до этого Эрвин Мюллер со своим ионным микроскопом).
За несколько лет Смолли с Кёрлом научились испарять с помощью лазерного луча практически любое вещество, превращая его в газ, состоящий из атомов, и охлаждать этот газ до сверхнизких температур; они смотрели, как атомы взаимодействуют между собой, образуя кластеры – агрегаты, состоящие из нескольких атомов, и определяли их строение. Все это представляло, конечно, большой интерес для теоретической химии, но мир, скорее всего, никогда бы не услышал о Смолли, если бы в один прекрасный день об этих работах не узнал английский химик Гарольд Крото. Он изучал в то время возможность образования простейших соединений углерода и мельчайших углеродных частиц в межзвездном пространстве. Установка Смолли позволяла в какой-то мере смоделировать эти условия, и Крото обратился за помощью в Университет Райса.
В Хьюстоне все немного помешаны на космосе, ведь там располагается штаб-квартира Национального аэрокосмического агентства США (NASA), так что Смолли с Кёрлом с готовностью откликнулись на это предложение. В сентябре 1985 года в ходе нехитрого, по сравнению с предыдущими, эксперимента они испарили углерод и стали изучать масс-спектры, ожидая увидеть целую россыпь кластеров, содержащих два, три и более атомов углерода, соединенных в цепочки. Но вместо этого обнаружили кластер, состоящий из шестидесяти атомов углерода, – C60.
Факт удивительный, но не беспрецедентный. Вот и на страницах этой книги я уже рассказывал о чем-то подобном. Помните спонтанную самосборку молекул поверхностно-активных вещества в мицеллу? Ну а тут атомы углерода самоорганизуются в некую структуру, которая с энергетической точки зрения намного выгоднее других возможных структур. Самое поразительное, что и эту структуру вы знаете, этот объект вы держали в руках, пинали ногами или, в крайнем случае, видели, как это делают другие, на экране телевизора. Это – со временный футбольный мяч, склеенный из пяти-и шестиугольных фрагментов, в нем ровно шестьдесят “вершин”, точек соединения трех фрагментов.
Ничего более совершенного и симметричного, чем этот многогранник, из шестидесяти атомов составить просто невозможно, поэтому обнаруженному кластеру приписали именно эту структуру. И то, что она
Смолли с Кёрлом и несколькими студентами и аспирантами выполнили серию экспериментов, в ходе которых было обнаружено еще более экзотическое соединение. Представьте себе, что в футбольный мяч при изготовлении вложили теннисный мяч. Тут произошло то же самое, только вложили атом лантана. Причем новое соединение образовывалось “само собой” при одновременном испарении углерода и лантана под действием лазера. Это составило предмет второй опубликованной статьи, ну а третья была посвящена роли кластеров углерода в образовании сажи. За эти три статьи в 1996 году Смолли, Кёрлу и Крото была присуждена Нобелевская премия по химии.
Полагаю, что осенью 1985 года они не задумывались ни о Нобелевской премии, ни о том, что открывают новую страницу в развитии науки, и даже приблизительно не предполагали, какое будущее ждет их детище. Иначе бы не дали ему такое несуразное имя – бакминстерфуллерен. Согласно канонической версии, его структура напоминает купол павильона США на выставке EXPO-67 в Монреале, сконструированный американским архитектором и дизайнером Ричардом Бакминстером Фуллером (1895– 1983), отсюда и название. Но в том-то и дело, что лишь напоминает, ведь тот купол Фуллер собрал из тетраэдров, а наш красавец состоит из пяти– и шестиугольников. Скорее всего, первооткрыватели хотели просто почтить память Фуллера, скончавшегося незадолго до того. Фуллер был в США культовой фигурой, не только архитектором и дизайнером, он написал много книг, и ему принадлежит, в частности, такой прекрасный образ, как “Космический корабль Земля”. Так что в Хьюстоне культ Фуллера должен был быть особенно силен.
Научное сообщество быстро сократило название до фуллерена. Интересно, что сам Смолли по возможности избегал пользоваться этим вариантом и предпочитал свой – баки-бол, а открытые позднее углеродные нанотрубки (о них – ниже) именовал баки-трубками.
После открытия фуллерена научные интересы Смолли стали постепенно смещаться от теории к практике. Он разработал один из первых полупромышленных методов получения углеродных нанотрубок и изучал возможности их применения в энергетике. Например, при изготовлении проводов для линий электропередачи. Смолли полагал, что более легкие и хорошо проводящие электрический ток нанотрубки вытеснят в будущем алюминий и медь. Он предлагал также использовать углеродные нанотрубки как наноконтейнеры для хранения водорода, решая таким образом самую больную проблему водородной энергетики. Для внедрения своих разработок Смолли основал компанию “Carbon Nanotechnologies”, а для интенсификации научных исследований – Центр нанонауки и технологии Университета Райса.
А еще он был одним из отцов-основателей Национальной нанотехнологической инициативы США, которая быстро переросла во всемирный нанотехнологический проект. О перипетиях этой долгой истории я поведаю чуть позже, пока же скажу, что одним из ее ключевых моментов стало выступление Смолли в Конгрессе США. В Америке, в отличие от современной России, принято консультироваться с учеными при обсуждении практически любого вопроса, тем более имеющего отношение к технологическому развитию страны. Процедура эта не формальная, к мнению ученых прислушиваются, рекомендации экспертов ложатся в основу принимаемых решений. Конечно, без шарлатанов и проходимцев дело, как и в любой стране, не обходится, но большинство ученых-экспертов выполняют свою работу добросовестно, имея в виду в первую очередь интересы страны, а не пытаются урвать от будущей программы увесистый кусок для своего института или университета и для себя лично. Лучшими экспертами считаются Нобелевские лауреаты, – как люди, достигшие материального благополучия и пика славы и пекущиеся разве что о своей репутации, они могут говорить без оглядки на кого бы то ни было и посему объективны.
Так что Смолли конгрессмены слушали очень внимательно. Блестящий лектор, он доходчиво объяснил этим далеким от науки людям, что могут принести в будущем нанотехнологии. Он проиллюстрировал это, в частности, описанными выше примерами потенциального применения нанотрубок в энергетике. Закончил же медициной – созданием методами нанотехнологий “волшебных пуль”, способных избирательно поражать раковые клетки без побочных эффектов. “Возможно, я уже не увижу этого, – сказал он в заключение, – но я уверен, что с вашей помощью это обязательно произойдет. Рак навсегда останется в прошлом”.
Многие конгрессмены знали, что Смолли болен лейкемией, – в Америке об этом объявляют незамедлительно и говорят открыто. А кто не знал, тот догадался по явным последствиям химиотерапии. Так что эмоциональная концовка выступления произвела вдвойне сильное впечатление. Конгрессмены одобрили проект.
Затем Смолли принял деятельное участие в выработке стратегии и тактики проекта. Он привнес в него свою широту, здравый смысл, трезвый расчет и стремление сделать жизнь людей лучше. Смолли сам в какой-то мере стал символом нанотехнологий. Он ушел из жизни 28 октября 2005 года, в возрасте 62 лет.Вернемся к фуллерену. Неужели никто никогда не предполагал существование такой молекулы? Конечно, предполагали, ученые – большие фантазеры. Такую идею высказал, например, японец Еижи Осава в 1970 году. Но статья была опубликована на японском языке, еще менее понятном для научного сообщества, чем русский. Возможно, эту структуру рисовали на бумаге и другие ученые, но потом отвергали как невозможную. Дело в том, что каждый атом углерода в ней соединен с тремя соседями и больше ни с кем, так устроены ароматические соединения, ароматические соединения – плоские. Согласно традиционным воззрениям, молекула фуллерена не имеет права на существование. Это утверждение проверили советские ученые Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперин в 1973 году. Выполненные ими квантово-химические расчеты указывали, наоборот, на высокую стабильность структуры, составленной из шестидесяти атомов углерода. Но все это было чистым теоретизированием, лишенным практического основания.
Открытие Смолли подхлестнуло фантазию ученых. Фуллерен был сложен из двенадцати пятиугольников и двадцати шестиугольников. Почему именно из них, было понятно, это вытекало из свойств атома углерода: наибольшей устойчивостью обладают циклические структуры, составленные из пяти и шести атомов. Но
