Казанская научная школа радиоспектроскопии

Сформировалась на основе открытия в 1944 г. в Казанском университете Е.К.Завойским явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). С этого времени исследования в области магнитного резонанса заняли ведущее место в научных программах казанских физиков.

Формированию школы способствовали создание в 1945 г. Физико-технического института Казанского филиала Академии наук СССР (заведующий сектором физики – Е.К.Завойский, после его переезда в 1947 г. в Москву – Б.М.Козырев), открытие на физическом факультете Казанского университета в 1957 г. С.А.Альтшулером проблемной лаборатории магнитной радиоспектроскопии для поиска перспективных рабочих веществ квантовой электроники и в 1963 г. – кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии (заведующий – Максут М.Зарипов).

Казанский университет стал основным в СССР центром по подготовке специалистов в области магнитной радиоспектроскопии.

Существенно повлияли на формирование Казанской научной школы радиоспектроскопии городской магнитный семинар С.А.Альтшулера и регулярный выпуск сборника «Парамагнитный резонанс» (выпуск 1–25, 1960–1992 гг.: в 1960–1983 гг. под редакцией С.А.Альтшулера, с 1983 г. – Б.И.Кочелаева).

Значительную роль в развитии ЭПР сыграла монография С.А.Альтшулера и Б.М.Козырева «Электронный парамагнитный резонанс» (Москва, 1961 г.), одна из первых в этой области физики (впоследствии дополнена и переиздана).

В Казани получил развитие ряд специальных методик ЭПР, созданы установки, которые существенно расширили сферу приложения магнитного резонанса.

Среди них:

• первая в СССР установка для изучения сигналов ядерного спинового эха (В.Д.Корепанов, Р.А.Даутов, В.М.Фадеев, 1959 г.),
• спектрометр двойного электронно-ядерного резонанса (Ю.Е.Польский и другие, 1969 г.),
• лазерный поляриметрический спектрометр ЭПР и методика регистрации ЭПР спектров ионов в возбужденных состояниях с помощью тепловых импульсов (А.А.Антипин и другие, 1981 г.),
• установка для оптического детектирования ЭПР (М.Л.Фалин, К.И.Герасимов, 1998 г.).

Сконструированы и созданы

• уникальная установка для исследований ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов (ЯМР, ЯКР) вплоть до нескольких милликельвин (М.А.Теплов, А.Г.Володин, М.С.Тагиров, А.В.Егоров, О.Н.Бахарев),
• уникальный импульсный ЯМР-спектрометр с градиентом магнитного поля до 500 Тл/м (Г.Г.Пименов, В.Д.Скирда и другие), аналоги которого впоследствии были изготовлены для различных научных и учебных организаций.

Расширено частотное, пространственное и временное разрешение методов ЭПР. Создан уникальный перестраиваемый по частоте спектрометр ЭПР субмиллиметрового диапазона – от 65 до 535 ГГц (В.Ф.Тарасов и другие, 1991 г.) и ЭПР-спектрометр для изучения быстропротекающих процессов с временным разрешением 80 нс (2002).

Методом ЭПР-томографии впервые получено изображение скин-слоя в проводящих объектах (К.М.Салихов и другие).

Разработаны слабополевые магнитно-резонансные томографы для предварительной диагностики (первые такие томографы установлены в больницах Казани в 1997 г. и городе Набережные Челны в 2002 г.).

Учеными Казанской научной школы радиоспектроскопии получены основополагающие результаты в следующих направлениях:

• парамагнитная релаксация,
• ЭПР в диэлектрических кристаллах,
• магнитный резонанс в ван-флековских парамагнетиках,
• ЭПР и ЯМР металлов и сверхпроводников,
• радиоспектроскопия неупорядоченных и частично упорядоченных сред,
• ЭПР в минералогии и геохимии,
• ЭПР свободных радикалов,
• ЯМР в полимерах,
• ЯМР и ЯКР в химии,
• магнитный резонанс в биологии и медицине.

Исследования казанских ученых в области радиоспектроскопии способствовали появлению новых и успешному развитию известных родственных направлений в науке: акустического парамагнитного резонанса, фотонного эха, Мессбауэровской спектроскопии, в которой на основе изучения сверхтонкой структуры Мессбауэровских спектров исследованы особенности фазового перехода магнитных соединений при температуре Кюри, экспериментально и теоретически изучены магнитные микроструктуры сложных ферромагнитных соединений (Ш.Ш.Башкиров, Э.К.Садыков).

Опубликована монография «Магнитная микроструктура ферритов» Ш.Ш.Башкирова, А.Б.Либермана, В.И.Синявского (1978). Проведены исследования пород-коллекторов нефтяных месторождений в Татарстане (Р.А.Манапов).

В Казани регулярно проводятся международные и всероссийские конференции и школы для молодых ученых, посвященные современным достижениям в области изучения и применения магнитного резонанса и родственных явлений:

• «Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях» (с 1990 г.),
• «Современные достижения магнитного резонанса» и «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений» (с 1991 г.),
• «Магнитно-резонансная томография и спектроскопия: фундаментальные исследования и приложения в медицине и биологии» (с 2001 г.),
• «Структура и динамика молекулярных систем» (с 1994 г.).

Крупными событиями научной жизни стали международные юбилейные конференции в честь 25-, 50- и 60-летия открытия ЭПР.

С 1990 г. издается международный журнал «Applied magnetic resonance» («Эплайд мегнетик резненс») на английском языке. Учреждены Международная премия имени Е.К.Завойского (1991) за выдающийся вклад в развитие ЭПР и одноименная премия для молодых ученых Казани (1997) за значительные достижения в экспериментальной и теоретической физике и ее приложениях.

Многие известные российские ученые являются воспитанниками Казанской научной школы радиоспектроскопии, из них только в Казани профессорами работают более 60 человек (2004).

Целенаправленная работа ученых Казанской научной школы радиоспектроскопии по подготовке научных кадров способствует притоку в науку одаренной молодежи.

В 1978 г. в Казанском университете на физическом факультете стали функционировать кружки по физике и математике, которые позднее оформились в объединение сотрудников, аспирантов, студентов, школьников при физическом факультете университета в виде малого физического факультета (1980).

Задачами объединения являются очное дополнительное физико-математическое образование школьников, профессиональная ориентационная работа среди них, подготовка к олимпиадам.

Парамагнитный резонанс. Казанская школа радиоспектроскопии, 1944–1971 гг. Москва, 1974.

Радиоспектроскопия конденсированных сред. Москва, 1990.

Kochelaev B.I., Yablokov Y.V. The Beginning of Paramagnetic Resonance. World Scientific. Singapore–New Jersey–London–Hong Kong, 1995.

Авторы – М.М.Зарипов, Б.И.Кочелаев, К.М.Салихов, Р.Г.Усманов