Владислав Жданов - профессор НИУ ВШЭ, победитель национального конкурса Лидеры России.
По специальности физик. Получил образование в УрГУ (Общая и молекулярная физика), Дипломатической академии МИД, в City University London, Oxford University и РАНХиГС.
Автор более 50 исследований и научных статей в сфере прикладной физики, экономики и философии, опубликованных ведущими российскими и зарубежными изданиями.
Работал вице-президентом АК «АЛРОСА» ПАО, советником генерального директора ОАО «РЖД».
Владислав Жданов рассказал Rough&Polished о новых исследованиях в сфере синтеза алмазов, перспективах применения углеродных материалов и тенденциях в разделении рынка природных и синтетических алмазов.
GIA (Геммологический Институт Америки) разместил ссылку на ваше исследование экологии добычи и синтеза алмазов на своем сайте – это можно считать признанием?
Давайте подождем Нобелевской премии - шучу, конечно, - но, безусловно: то, что GIA обратил свое внимание на наше исследование A Comparative Analysis of Energy and Water Consumption of Mined versus Synthetic Diamonds, лишний раз подчеркивает интерес профессионального сообщества к экологической проблематике производства алмазов. И не только профессионального: потребители украшений с бриллиантами, а особенно молодое поколение, хотят понимать, насколько деятельность производителей алмазов соответствует экологической повестке. Коллеги из GIA как никто понимают эти тренды. Думаю, отсюда их интерес - в том числе, и к нашему исследованию.
Над чем Вы работаете сейчас? Какие еще проблемы увлекают ваш академический коллектив?
Для нас с коллегами алмаз - это хоть и очень интересная, но все же лишь одна из множества аллотропных форм углерода. Наши исследования шире: в частности, с момента выхода нашего интервью в R&P, в январе 2023 года была опубликована работа по измерению теплопроводности углеродных наностенок, синтез которых происходит в тех же CVD-реакторах, что и синтез алмазов. Также еще несколько статей находятся на рассмотрении редакционных коллегий. Одна из них - анонсированная мной в том прошлом интервью статья, где сравниваются капитальные затраты, необходимые для добычи и синтеза алмазов в пересчете на единицу произведённой продукции, в нашем случае - это карат необработанных алмазов. Знаете, по-прежнему добыча не сдает своих позиций в части эффективности затрат, во всяком случае на текущих уровнях производительности HPHT и MP CVD технологий синтеза.
Способны ли проводимые исследования и научные работы существенно сказаться на развитии новых областей применения алмазных технологий и расширить сферы применения углеродных материалов или материалов на базе синтезированных алмазов?
Сейчас активно развиваются квантовые технологии, где алмазы используются в том числе в качестве квантовой памяти (quantum memory) – рекомендую статью международного коллектива авторов в престижнейшем журнале Nature («Experimental demonstration of memory-enhanced quantum communication»), кроме того активно экспериментируют с квантовой памятью и в Институте Прикладной Физики в Нижнем Новгороде. Давайте попробую пояснить, как это работает и при чем тут алмазы - заранее прося прощения у академического сообщества за предельное упрощение.
Итак, мы имеем несущийся со скоростью света фотон в некоем квантовом состоянии, которое надо запомнить для последующих операций с этой информацией. Как это сделать? Как успеть записать информацию о прилетевшем с предельно возможной скоростью единичном фотоне, не имеющим массу покоя?
Все просто: учитывая волновую природу фотона, мы «ловим» его пучком других фотонов, получая «стоячую» волну – уверен, все читатели наблюдали пример «стоячей» волны, когда бросали в воду камни. Круговые волны, расходясь от каждого из брошенных в воду камней, пересекаясь друг с другом, образуют стоячую волну, которая относительно стабильна. Собственно, заменив камни на фотоны, можно представить, как все работает.
Между прочим, приходится часто объяснять детям, что именно я делаю на своей работе, приходя домой за полночь – история с разбрасыванием камней встречает у них полное понимание (выкручиваюсь как могу, стараюсь передать им академическую страсть к алмазам).
Но вернемся от педагогики к физике: получив стоячую волну, мы фиксируем ее параметры, тем самым решая задачу записи состояния пролетевшего «призрака». Учитывая уникальные оптические, механические, полупроводниковые и теплопроводящие свойства алмаза, очевидно, что именно алмаз - один из самых перспективных материалов для использования в элементах квантовой памяти.
Какие вызовы сейчас стоят перед научным сообществом? Какие темы наиболее перспективны?
Отчасти ответил на Ваш вопрос: конечно, развитие квантовых технологий это смена парадигмы – квантовые коммуникации, компьютеры, сенсоры, это уже сегодняшний день. Очень большое внимание научного сообщества приковано к квантовой физике и прикладным технологиям на ее основе, и алмазы практически везде находят свое применение - в силу уникальных физических характеристик. Перефразируя знаменитые строки Некрасова, алмаз и фотон на скаку остановит, и в горящую плазму войдет - даже не представляю квантовые технологии без использования алмазов. Очень востребованный материал.
Что касается синтеза алмазов – есть ли какие-то новости в этой сфере? Способы синтеза не поменяли, но, возможно, совершенствуются процессы, позволяющие повысить эффективность производства. Есть ли потенциал снижения стоимости синтетических алмазов?
На мой взгляд, за прошедший с нашего последнего интервью год фундаментальных прорывов в синтезе не случилось - ну, или мы с коллегами что-то просмотрели. Продолжается развитие HPHT технологий, увеличивается объем ростовой камеры. Технологии CVD синтеза так же совершенствуются, алмазы весом в десятки каратов - уже обыденность. Знаю, что у некоторых моих коллег есть серьезные научные заделы в части гибридных технологий синтеза, но по этическим соображениям не буду вдаваться в подробности. Давайте подождем официальных публикаций – обещаю, что с удовольствием сразу прокомментирую их на ресурсе вашего информационно-аналитического агентства. Это очень интересная гибридная технология.
К слову, уже сейчас себестоимость синтетических алмазов ювелирного качества достаточно демократична, и мне кажется, сейчас основная битва идет за размерность – ибо чем больше размер, тем больше возможных сфер применения алмазов.
Усилит ли это конкуренцию между природными и лабораторно выращенными алмазами? Или сферы применения синтетики и природных алмазов со временем разделятся: природные – для ювелирных изделий, синтезированные – для оптики, медицины и иных областей промышленного производства?
Если говорить о сферах применения, то для меня абсолютно очевидно, что природные алмазы прекрасны своей историей в миллионы лет, уникальностью и неповторимостью. Учитывая сокращение объемов добычи, исчерпываемость ресурса и множество необходимых условий для «рождения» алмаза в земле, природный алмаз – это приз, который получает человек от природы. Я бы даже сказал – завоёвывает. И это не всегда первый приз. Характеристики добываемых алмазов даже ювелирного качества очень различны, как и огранённых из них бриллиантов – от невероятных цветных до бесцветных в разлёте от D до Z, от чистейших IF до I3 по включениям, от нефлуоресцентных до камней с высокой флуоресцентностью. И в каждом случае, конечно, размер имеет значение, и качество огранки. Весь этот набор переменных сказывается на цене, оставляя практически любому человеку возможность подобрать для себя бриллиант в пределах своих финансовых возможностей.
Синтез же – это управляемый технологический процесс. Любая технология со временем совершенствуется, масштабируется, ставится на поток и стоимость технологического продукта снижается. Достаточно вспомнить, как дорого когда-то стоили первые плазменные и ЖК- телевизоры, первые мобильные телефоны (тогда ещё только спутниковые). Преимущество синтетических алмазов в повторяемости заданных характеристик и возможности управления этими характеристиками. Это важно для промышленного применения в оптике, в высоких технологиях. Не сомневаюсь, что синтез алмазов будет развиваться: науке, а в дальнейшем промышленности, нужны новые метаматериалы, и их невозможно получить путём добычи. Перспектива возможности увеличения диаметра HPHT прессов и размеров инициирующей подложки для CVD синтеза обеспечит рост производительности. Также в некотором будущем возможно будет пробовать достичь значительного увеличения мощности излучения в CVD реакторах. Потенциал областей промышленного применения синтезированных алмазов будет экспоненциально зависеть от новых технологических достижений в синтезе и открывать новые перспективные и ёмкие ниши применения синтезированным алмазам.
Почему, на Ваш взгляд, несмотря на существенную разницу в стоимости природного алмаза и синтетического, а при этом их абсолютную визуальную и химическую идентичность, по-прежнему покупатели ювелирных изделий предпочитают природные камни, даже несмотря на все усилия маркетологов синтетических алмазов, которые всячески подчёркивают, что синтетика - «eco-friendly»?
Де-факто, рынок лабораторных и природных алмазов уже разделен ценовой политикой их дистрибьюторов, несмотря на полную идентичность физических характеристик.
Недавно я «завис» в галерее, рассматривая один из оригиналов картины Казимира Малевича «Черный квадрат». Повторить эту картину не составит труда ни у одного из наших читателей, достаточно выдержать пропорции белого и черного (кстати, с удивлением узнал, что площадь белого и черного поля у Малевича идентичны, иногда даже физикам надо ходить в картинную галерею, это интересно).
Однако я сомневаюсь, что реплика «Черного квадрата» сравнится по цене с оригиналом, - возможно, так же дело обстоит и с алмазным рынком: для покупателя важна история, хотя и не факт, что история природных алмазов более интересная чем у CVD-собратьев, «рожденных» в водородно-метановой плазме. Сейчас производители ювелирных синтетических алмазов тоже ищут новые маркетинговые стратегии и креативные решения по описанию преимуществ выбора лабораторных бриллиантов. Как вы правильно заметили, eco-friendly – это один из маркетинговых ходов. Как показали мои исследования, утверждать, что синтез – это абсолютно зелёная технология, было бы не вполне справедливо.
Но давайте оставим простор для творчества маркетологам и право выбора - потребителям. Покупка ювелирного изделия – это всегда эмоциональный выбор. Важно, какую эмоцию «зашьют» маркетологи» в концепцию продвижения синтетического или природного бриллианта, какие триггерные флажки расставят, чтобы склонить покупателя к выбору именно своего продукта.
Как вам кажется, насколько новый генеральный директор АК «АЛРОСА» Павел Маринычев погружен в экологическую повестку производства алмазов?
Знаю Павла давно, у него большой опыт управления. Экологическая проблематика, насколько я помню, всегда была одним из его приоритетов. Особенно с учетом того, что Республика Саха (Якутия) – основная производственная площадка «АЛРОСА» по добыче алмазов - является для Павла Маринычева ещё и «домашней» территорией. В силу своего опыта он очень хорошо понимает и ценит уникальность экосистемы Якутии, ее хрупкость и красоту, и я уверен, дорожит ею.
Что для Вас представляет собой алмаз? Это научно-привлекательная углеродная структура или всё же, в первую очередь, красивый ювелирный камень, покоряющий женские сердца?
Для меня это непростой вопрос. Как сравнить абсолютно разные категории? В период моей работы в «АЛРОСА» мне довелось видеть невероятной, завораживающей красоты камни. Как алмазы, так и бриллианты. Они были великолепны, и невозможно было это не оценить.
Как учёный я вижу потенциал углеродных структур, и, поверьте, они тоже прекрасны в своих свойствах и характеристиках, в возможностях дать человечеству колоссальный качественный прорыв в технологиях.
Если одним словом сформулировать ваш взгляд на будущее алмаза, то какое это будет слово?
Возможность. Возможность выбора: синтетика или природа, возможность добывать или синтезировать. Возможность множества применений. Возможность сделать счастливой женщину, подарив ей украшения с бриллиантами. Возможность использования в высоких технологиях. Да, пожалуй, если ёмко и только одним словом, пусть это будет - возможность.
Галина Семенова для Rough&Polished
