Как хаос в кристаллах создаёт технологии будущего
18 августа 2026 г.
Идеальный кристалл — скорее исключение, а управляемые нарушения в структуре материалов делают их прочными, яркими и незаменимыми в технике. Об этом на своём занятии «Где заканчивается плоскость и начинается хаос» рассказал доцент кафедры химии твёрдого тела и нанопроцессов Фёдор Ярошенко. Занятие прошло в ботаническом саду Челябинского государственного университета в рамках просветительского проекта «Зелёный понедельник».
От порядка к дефектам: как природа «ошибается» во благо
Лектор начал встречу с необычного вопроса: считают ли слушатели, что идеальный порядок всегда лучше хаоса? Кто-то из присутствующих поднял руки. Однако уже через 10 минут аудитория узнала, что в мире кристаллов абсолютная правильность встречается крайне редко. Гораздо чаще природа создаёт вакансии, внедряет посторонние атомы и смещает целые ряды кристаллической решётки.
Особый интерес у школьников вызвал рассказ о дислокациях — линейных дефектах, которые делают металлы прочными. Как подчеркнул преподаватель, без этих нарушений железо было бы мягче масла, а пружины и проволока не держали бы форму.
Апогеем теоретической части стала тема дендритов — ветвящихся структур, которые каждый замечал в виде снежинок или морозных узоров на стёклах. Фёдор Ярошенко объяснил, что такие узоры рождаются из-за случайных неровностей на поверхности растущего кристалла. Эти неровности притягивают новые атомы быстрее, чем ровные участки, и запускают цепную реакцию ветвления. В результате получаются уникальные узоры, которые невозможно воспроизвести дважды.
Практическая ценность: от смартфонов до квантовых компьютеров
В финальной части мероприятия преподаватель связал тему с повседневной жизнью. Оказалось, что «управляемый хаос» в кристаллах — это основа современных технологий:
Лектор начал встречу с необычного вопроса: считают ли слушатели, что идеальный порядок всегда лучше хаоса? Кто-то из присутствующих поднял руки. Однако уже через 10 минут аудитория узнала, что в мире кристаллов абсолютная правильность встречается крайне редко. Гораздо чаще природа создаёт вакансии, внедряет посторонние атомы и смещает целые ряды кристаллической решётки.
«Именно эти «нарушения» делают твёрдые тела живыми и полезными, — пояснил Фёдор Ярошенко. — Например, рубин — это тот же оксид алюминия, что и бесцветный корунд, но с примесью хрома. Всего 1% чужого атома превращает прозрачный минерал в драгоценный камень ярко-красного цвета. Это и есть та самая грань, где заканчивается плоскость и начинается хаос».Дислокации и дендриты: от прочности стали до новых лекарств
Особый интерес у школьников вызвал рассказ о дислокациях — линейных дефектах, которые делают металлы прочными. Как подчеркнул преподаватель, без этих нарушений железо было бы мягче масла, а пружины и проволока не держали бы форму.
Апогеем теоретической части стала тема дендритов — ветвящихся структур, которые каждый замечал в виде снежинок или морозных узоров на стёклах. Фёдор Ярошенко объяснил, что такие узоры рождаются из-за случайных неровностей на поверхности растущего кристалла. Эти неровности притягивают новые атомы быстрее, чем ровные участки, и запускают цепную реакцию ветвления. В результате получаются уникальные узоры, которые невозможно воспроизвести дважды.
Практическая ценность: от смартфонов до квантовых компьютеров
В финальной части мероприятия преподаватель связал тему с повседневной жизнью. Оказалось, что «управляемый хаос» в кристаллах — это основа современных технологий:
- полупроводники в смартфонах работают благодаря строго дозированным примесям; солнечные батареи становятся эффективнее из-за дефектов, захватывающих больше света;
- лазеры излучают цвет именно за счет примесей в кристаллах;
- сверхпроводники и квантовые компьютеры будущего создаются из материалов, существующих на грани между порядком и хаосом.
«Жизнь рождается не в идеальном порядке, а на границе с хаосом, — подытожил Фёдор Ярошенко. — В химии твёрдого тела, как и в жизни, самое интересное происходит не в зоне полной предсказуемости, а там, где природа позволяет себе нарушить правила. Хаос — это не враг, а инструмент, который мы учимся использовать».
