Анализ проблематики

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМАТИКИ

Для анализа проблематики исследований в рассматриваемых областях стоит дать их более подробную классификацию. С точки зрения объектов изучения в квантовой химии естественно выделяются теория малых молекул, состоящих из нескольких атомов, теория неорганических и органических молекул или комплексов средней сложности с числом атомов порядка десяти-двадцати и, наконец, слабо разработанная теория сложных (десятки атомов) и "очень сложных" - по преимуществу органических и элементоорганических - соединений. Квантовая химия широко применяется и к "протяженным" системам - полимерам, идеальным и дефектным твердым телам, а также к поверхностям твердых тел, в том числе содержащим адсорбированные атомы и молекулы. К сложным молекулам и протяженным системам примыкают образования супрамолекулярного типа, объекты типа молекулярных кластеров или композитных материалов, которые можно объединить под названием "сложные химические системы".

Во всех перечисленных разделах теории строения молекул и других многоатомных систем есть проблемы, являющиеся с точки зрения мировой науки в настоящее время наиболее актуальными, хотя любой список актуальных проблем всегда в определенной степени субъективен.

Для малых молекул к подобным проблемам можно отнести исследование возбужденных, слабосвязанных и распадных состояний, динамики безызлучательных и радиационных переходов. Наряду с логикой развития молекулярной квантовой механики эта проблематика стимулируется применениями (физика верхней атмосферы, астрофизика, плазма, лазеры).

В случае более сложных молекул в настоящее время актуальным представляется:

- изучение поверхностей потенциальной энергии, атомных движений с большой амплитудой и динамики внутримолекулярных перегруппировок;
- развитие теории строения молекул с открытыми электронными оболочками;
- развитие методов расчета электронно-возбужденных состояний, электронных и электронно-колебательных спектров, в том числе для координационных соединений переходных элементов;
- разработка методик расчета электронного строения, геометрии, и энергетики молекул большой сложности путем сочетания квантовой химии и молекулярной механики.

Конечно, актуальна и всесторонняя квантовохимическая характеризация мало исследованных классов веществ, привлекающих интерес с научной и прикладной точек зрения, в частности, биоактивных. Подчеркнем также актуальность изучения полиядерных комплексов переходных металлов (особенно в связи с их спектрами и магнитными свойствами), проблему переменной валентности металлов в этих комплексах и совокупность разнообразных задач, связанных с изучением сложных молекул типа кластеров, в частности, фуллеренов и их производных.

Переходя к протяженным системам, к наиболее актуальным проблемам нужно причислить:

- изучение природы и механизма проводимости органических полимеров и легированных углеродных нанотрубок;
- исследование сложных с точки зрения состава и структуры твердых тел и твердотельных материалов в одноэлектронном приближении как фундамент теоретического материаловедения;
- исследование твердых тел с поведением, отклоняющимся от предсказываемого в рамках одноэлектронного приближения и разработка методов их адекватного описания;
- развитие методов описания и изучение молекулярных механизмов структурных - в том числе сегнетоэлектрических - фазовых переходов в твердых телах, а также механизмов формирования сегнетоэлектрических свойств;
- изучение электронного строения дефектов и их модифицирующего влияния на энергетику и другие свойства твердых тел.

Отдельно назовем актуальную проблему изучения электронной структуры перестроенных поверхностей твердых тел и поверхностей с дефектами в виде адсорбированных атомов или молекул. С продвижением в решении этой проблемы связан прогресс в микроэлектронике, туннельной микроскопии, теории адсорбции и в понимании механизмов гетерогенного катализа.

Весьма актуальным (в том числе в связи с перспективами нанотехнологии) является и ряд аспектов теории сложных химических систем. Из них укажем:

- влияние окружения на свойства молекул (такая проблема возникает при матричной изоляции молекулярных систем);
- кооперативное поведение молекулярных единиц в молекулярных комплексах, ассоциатах и организованных молекулярных ансамблях;
- оптические, фотохимические и электрические свойства организованных ансамблей, наноструктур и композиционных материалов,
- природу избирательной стабилизации определенных типов супрамолекулярных структур.

Если теперь перейти от строения и свойств молекулярных систем к их превращениям (реакциям) , то к наиболее актуальным проблемам можно причислить:

- дизайн реакций с использованием методов математической химии,
- исследование механизмов каталитических, стереоселективных и кооперативных реакций,
- изучение влияния среды на реакции в конденсированных фазах, в том числе на перенос электрона и протона.

В приведенном перечне за основу был взят принцип классификации по объектам исследования. Нуждающиеся в дальнейшем развитии представления и методы отмечались в связи с объектами, для изучения которых они предназначены. Имеются, однако, методы, развитие которых необходимо для прогресса всех разделов теории молекулярных и "надмолекулярных" систем.

Так, все большую важность в теоретической химии приобретают подходы, связанные с учетом электронно-колебательных (вибронных) взаимодействий, в том числе эффектов Яна-Теллера. Укажем также на актуальность исследования химических проявлений релятивистских эффектов, учет которых особенно нужен для понимания свойств соединений тяжелых, в частности, актинидных элементов, на разработку теории функционала локальной плотности и на развитие "квантовой молекулярной динамики", в которой методы квантовой теории многоэлектронных систем сочетаются с методами молекулярной динамики. Перечисляя насущные проблемы квантовой химии и теории сложных химических систем нельзя забывать и разработку компьютерных методов с соответствующим программным обеспечением, абсолютно необходимую для развития обоих направлений.

Сказанное выше относится к современному состоянию мировой науки. Проблематика исследований, проводимых в России, в общем согласуется с таковой во всем мире, хотя фронт исследований не может быть столь широким и сплошным и по ряду направлений имеется отставание. Отечественные химики-теоретики в повседневной работе используют в основном стандартные западные пакеты программ. В то же время самостоятельные программные разработки различных групп исследователей и лабораторий, как правило, остаются их частным достоянием и не получают заметного распространения. Не развиваются (или недостаточно развиты) в России исследования по квантовой молекулярной динамике (метод Кара-Паринелло) и по теории функционала локальной плотности. Есть отставание в исследованиях поверхностей потенциальной энергии (ППЭ) с применением многоконфигурационного приближения и в молекулярной динамике химических реакций с учетом возбужденных состояний.

Тем не менее, с определенным оптимизмом можно отметить, что трудности, возникшие в последние годы, не привели в России к коллапсу исследований по квантовой химии и теории сложных химических систем. Научный уровень многих работ в этих направлениях является традиционно высоким, а иногда очень высоким. В ряде случаев влияние российских ученых на решение научных проблем в указанных направлениях можно охарактеризовать как заметное, а подчас как значительное, в том числе благодаря оригинальной постановке задач и нестандартным подходам к их решению. Так, часто дефицит в мощных компьютерах компенсируется углубленной "аналитической" проработкой задачи, как это делается в теоретической физике.

В качестве примеров назовем ряд новых методов в задачах квантовой механики малых молекул, развитие теории Хартри-Фока-Рутана для высокосимметричных молекулярных систем с открытыми электронными оболочками, разработку полуэмпирических методов описания структуры и реакционной способности соединений переходных металлов, квантовую химию твердого тела и твердотельных материалов, в том числе в ее симметрийном аспекте, кластерные модели активных центров гетерогенных каталитических систем, континуальные модели реакций в полярных растворителях, туннельную химическую динамику, перспективные исследования супрамолекулярных систем.

Отметим еще состояние обеспеченности отечественного научного потенциала кадрами и оборудованием. Кадровый потенциал пока позволяет успешно проводить ряд исследований , поскольку в СССР основная масса работ по теоретической химии выполнялась на территории Российской Федерации, а выезд за границу не слишком значительно затронул корпус ведущих российских ученых в этой области знаний. В относительно более благоприятном положении оказались сильные научные коллективы, закономерно (на конкурсной основе) получающие более заметную поддержку РФФИ, а иногда и других источников финансирования. Таким коллективам удалось не только сохранить, но и увеличить научную продуктивность. Тем не менее даже в таких коллективах беспокойство вызывает старение кадров и слабое пополнение талантливыми молодыми исследователями. Напротив, оснащение персональными компьютерами и остальной "оргтехникой" за последние пять лет существенно улучшилось - в значительной мере благодаря РФФИ, хотя современные рабочие станции, не говоря уже о суперкомпьютерах, имеются в явно недостаточном количестве.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center