СИМОНОВ Валентин Иванович
(1930–2012)
Доктор физико-математических наук, профессор, и.о. директора Института кристаллографии имени А.В. Шубникова
Валентин Иванович Симонов родился 8 марта 1930 года в станице Нижне-Чирская Волгоградской области. В 1955 году он окончил физико-математический факультет Горьковского (Нижегородского) государственного университета на кафедре академика Н.В. Белова, у которого с 1955 по 1958 гг. обучался в аспирантуре Института кристаллографии РАН. После окончания аспирантуры был оставлен для работы в Институте. В 1958 году защитил кандидатскую диссертацию, в 1971 году – докторскую. В 1981 году Симонову присвоено звание профессора.
В 1968 году на основе сформировавшегося вокруг коллектива Валентина Ивановича Симонова было создано самостоятельное научное подразделение – сектор автоматизации структурных исследований. К 1981 году сектор выполнил поставленные задачи и был преобразован в лабораторию прецизионных структурных исследований. После ухода из жизни Н.В. Белова эта лаборатория была включена в состав возглавлявшейся Беловым старейшей в стране лаборатории рентгеноструктурного анализа, и с 1984 года Симонов стал заведующим этой объединенной лабораторией. В 2003 году он обратился с просьбой освободить его от административных обязанностей и был переведен на должность главного научного сотрудника.
Валентин Иванович Симонов был специалистом в области структурной кристаллографии. Его вклад в создание и развитие методов этого раздела науки, в автоматизацию кристаллографических исследований и решение проблем структурной обусловленности физических свойств кристаллов признан в нашей стране и за ее пределами. Симоновым созданы современные суперпозиционные методы исследования атомного строения кристаллов по дифракционным данным, а также выдвинута и реализована идея сочетания прямой интерпретации функции межатомных векторов с анализом коэффициентов Фурье разложения электронной плотности, что продвинуло решение центральной проблемы структурного анализа – уточнения фаз структурных амплитуд. Разработанные им методы были реализованы на ЭВМ и вошли в практику структурных исследований.
Развиваемые Симоновым методы всегда были направлены на решение конкретных структурных задач по кристаллическим материалам, представляющим интерес для физики твердого тела, химии, минералогии и материаловедения. Так, на основе прецизионных исследований установлен на атомном уровне механизм ионного транспорта и характер атомных перестроек при фазовых переходах в супериониках. Эти данные позволили синтезировать новый тип кристаллов с высокой проводимостью по ионам лития, которые активно используются в автономных источниках электропитания.
Валентин Иванович Симонов и руководимый им коллектив внесли существенный вклад в понимание структурных механизмов фазового перехода в сверхпроводящее состояние высокотемпературных сверхпроводников. Прецизионными температурными структурными исследованиями до и после фазового перехода установлено, что температура перехода в сверхпроводящее состояние лантановых фаз зависит не только от количества стронция, но и от характера его распределения по позициям лантана. Для кристаллов иттриевых фаз с различным содержанием кислорода доказано существование в пределах одного кристалла трех типов локальных областей с различным упорядоченным расположением кислорода. Установлено, что сверхпроводники типа Y-I23, именуемые в литературе тетрагональными, реально являются микродвойпиками с дефицитом по меди или частичным замещением меди другими элементами. Симметрия компонентдвойника обычная ромбическая. Для монокристаллов фаз TI-22I2 и Y-I24 установлен аномальный характер поведения ряда структурных параметров вблизи перехода в сверхпроводящее состояние. Показано, что поведение атомов в окрестности фазового перехода второго рода дает информацию об изменении электронной структуры кристалла, которое открывает пути перехода носителей тока из резервуарных в сверхпроводящие слои кристалла. Соответствующая серия публикаций привлекла всеобщее внимание специалистов, а составители юбилейного номера журнала Acta Crystallographica заказали и опубликовали статью по результатам этих исследований.
Работы Симонова и его коллег по рентгеноструктурным и нейтронографическим исследованиям нестехиометрических фторидов внесли кардинальные изменения в считавшиеся классическими структурные модели этих соединений. Установленные атомные структуры наноразмерных кластеров, которые образуют в них допирующие редкоземельные элементы, позволили специалистам в области синтеза этих соединений целенаправленно менять физические свойства важных для техники кристаллов путем соответствующих изоморфных замещений. Так, были получены допированные лантаном бариевые флюориты, в которых ионная проводимость по фтору менялась на шесть порядков.
Для установления структурной обусловленности тех или иных физических свойств кристаллов необходимы прецизионные структурные исследования серий кристаллов с вариацией их химического состава. Именно такие исследования являются основными в лаборатории рентгеноструктурного анализа уже многие годы. В частности, изучены кристаллы ниобата лития, которые при допировании разными элементами широко применяются в оптике и лазерной технике в качестве активных элементов. Потеря оптической прозрачности этими кристаллами при мощном лазерном облучении была побеждена их допированием. Однако оказалось, что допирование ведет к существенно нелинейным изменениям всех оптических свойств этих кристаллов. Так, допирование ниобата лития конгруентного состава цинком меняет линейный электрооптический эффект весьма сложным образом. При увеличении количества цинка от нуля до 1.5 ат. % этот коэффициент уменьшается 7.5 раз. Дальнейшее увеличение количества цинка от 1.5 до 6.0 ат. % ведет к возрастанию коэффициента в 10 раз от минимальной величины. Еще большее количество цинка вновь понижает линейный электрооптический эффект. Прецизионные структурные исследования показали, что на первом этапе цинк вытесняет избыточный ниобий, который замещал литий. На каждый акт такого вытеснения в кристалле заселяются литием три вакансии, образовавшиеся при замещении Li+1 избыточным Nb+5. После вытеснения всего избыточного ниобия на втором этапе Zn1,2 начинает замещать Liи, что ведет к увеличению литиевых вакансий. На третьем этапе цинк замещает ниобий в его основной позиции. При этом вновь литий заселяет свои вакансии. Процесс завершается, когда все вакансии заселены. В исследованном случае это произошло при количестве цинка около 8 ат. %. Вырастить однородный качественный монокристалл с большим содержанием цинка не удается. Установленные закономерные связи состав-структура-свойства указывают возможные пределы изменения свойств кристаллов и состав кристалла с необходимыми свойствами.
Отдельную страницу в научной биографии Симонова и группы его аспирантов составляют исследования структурных особенностей биологически активных соединений: циклических пептидов (энниатин В, споридесмолид, валиномицин и др.), стероидных гормонов и их синтетических аналогов. Для модифицированных стероидных гормонов типа прогестерона, обладающих гестагенным и контрацептивным действиями, установлено строение молекул и указаны их конформационные параметры, определяющие активность.
Симонову и его ученикам, которые трудятся не только в Москве и в Московской области, но и во Владивостоке, Улан-Удэ, Красноярске, Нижнем Новгороде, Саранске, а также в ближнем и дальнем зарубежье, принадлежит заслуга активного внедрения кристаллографических подходов к решению проблем физики твердого тела, химии, минералогии и материаловедения. Под научным руководством и соруководством Симонова успешно защитили кандидатские диссертации 23 молодых специалиста, среди которых позднее появились и доктора наук.
Международная деятельность Валентина Ивановича началась в тот момент, когда кристаллографам впервые стали доступны вычислительные машины. Международный союз кристаллографов в то время создал комиссию по кристаллографическим вычислениям, в состав которой и вошел Симонов. В 1978 году он был избран членом Исполкома Международного союза кристаллографов, а с 1984 по 1987 гг. был
За успехи в научной деятельности Симонову присвоено почетное звание "Заслуженный деятель науки Российской Федерации", он награжден орденом "Знак почета", медалью "За заслуги перед Отечеством", в 1992 году ему присуждена премия РАН им. Е.С. Федорова.
До самых последних дней своей жизни В.И. Симонов активно работал над методами исследования атомного строения кристаллов и наноразмерных включений в них. Информация о структуре таких кластеров и наночастиц содержится в рентгеновском диффузном рассеянии. В.И. Симонов совместно с коллегами-математиками был занят обобщением паттерсоновских методов для исследования таких объектов и строил научные планы, связанные с развитием этого направления.
Для Валентина Ивановича научная работа была главной жизненной целью. Заботы и проблемы Института и лаборатории он воспринимал как свои собственные и щедро передавал знания и накопленный опыт своим ученикам и коллегам.