Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий

Но все это было много позже. Проведя около двух лет в Хоуп-колледже, Смолли перевелся в Мичиганский университет в Энн-Арборе, где получил степень бакалавра химии в 1965 году. Перед Смолли была открыта дорога к магистерской диссертации, но он принял неординарное решение – пошел работать в промышленность. По его собственным воспоминаниям, он хотел немного пожить в “реальном” мире, чтобы осмотреться и понять, что же он хочет делать в науке. Смолли проработал два года в отделе контроля качества продукции на заводе компании “Shell” в Нью-Джерси, производящем полипропилен и различные изделия из него, а затем перебрался в подразделение, занимавшееся разработкой методов аналитического контроля.

Смолли очень тепло вспоминал об этих годах, говоря, что это было “живое” дело и он очень многому научился. Тем не менее в начале 1968 года он дозрел до мысли, что пора продолжить образование. Это стремление окрепло после женитьбы на очаровательной девушке – секретаре в компании “Shell”. У нас в стране все сейчас происходит наоборот: стоит молодому человеку жениться, как он бросает занятия наукой и переходит на какую-нибудь фирму, где платят существенно больше. Впрочем, есть между нашими странами и много общего. Так, летом 1968 года правительство США отменило для студентов отсрочку по призыву в армию, который тогда практически неизбежно приводил к отправке во Вьетнам. Для работавших на производстве отсрочка сохранялась, так что Смолли благоразумно решил немного повременить с возвращением в университет.

Лишь в конце 1969 года Смолли с женой и новорожденным сыном перебирается в Принстон. К своему главному открытию он приближался методично, географически и идейно. В магистратуре и аспирантуре Смолли занимался микроволновой спектроскопией чистых и смешанных молекулярных кристаллов при температуре жидкого гелия. Постдоковскую стажировку проходил в Чикагском университете, где объектом исследований стали уже газы. Их охлаждение до температур, близких к абсолютному нулю, достигалось за счет сверхзвукового расширения, а для получения спектров применяли новейшее достижение того времени – перестраиваемые лазеры на красителях. Все это требовало создания сложнейших экспериментальных установок, в этом Смолли проявил себя истинным виртуозом. Разработанные методы позволили получать информацию о характеристиках многоатомных молекул с такой степенью точности, которая была доступна ранее только для атомов и двухатомных молекул. Это был переворот в молекулярной физике, понятный и интересный, впрочем, только узким специалистам. И уже тогда были обнаружены совершенно необычные соединения, например, пары, состоящие из атома натрия и атома аргона, то, чего не может быть согласно “школьной” химии.

В 1976 году Смолли получает место ассистента-профессора химии, физики и астрономии на химическом факультете Университета Райса в Хьюстоне и перебирается в Техас. 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.