Академику Салихову Кеву Минуллиновичу - 85 лет!

Кев Минуллинович Салихов родился 3 ноября 1936 года в пос. Красная Речка и вырос в пос. Куш Елга Белебеевского района Башкирской автономной республике СССР. Начальную школу закончил в соседнем поселке Вишневка, среднюю школу им. В.П. Ферапонтова — в г. Белебее в 1954 году.

В 1954-1959 гг. — студент Казанского государственного университета, в 1959-1962 гг. — аспирант Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР (С-Петербург). В 1963-1988 гг. — научный сотрудник Института химической кинетики и горения Сибирского отделения Академии наук СССР (Новосибирск). В 1988-2015 гг. — директор Казанского физико-технического института Каз НЦ РАН, который носит имя Е.К. Завойского, первооткрывателя ЭПР. С 2015 года по настоящее время является научным руководителем Казанского физико-технического института им. Завойского КазНЦ РАН

Академик К.М. Салихов является одним из признанных лидеров мировой науки в области теоретической химической физики и электронного парамагнитного резонанса. Он является автором и соавтором более 10 монографий и учебников, более 240 научных статей. Написанные с его участием книги по спиновому обмену, магнитным и спиновым эффектам в химических реакциях, импульсным методам ЭПР спектроскопии стали настольными для многих специалистов во всем мире.

Отличительной особенностью творчества К.М. Салихова как физика теоретика является тесная связь теории с экспериментом. Большинство теоретических разработок является объяснением неожиданных экспериментальных наблюдений. Практически все его теоретические предсказания нашли подтверждение в экспериментах, проведенных в разных лабораториях России, Германии, Израиля, Италии, США, Японии, и др. Полученные им теоретические результаты широко применяются в ведущих ЭПР лабораториях мира, они являются весомым вкладом в радиоспектроскопию, в химическую физику, в физику магнитных явлений, они нередко стимулировали постановку новых экспериментов, привели к появлению новых протоколов экспериментов при изучении электронных спинов.

К.М. Салихов является действительным членом Российской академии наук и академии наук Татарстана. Он избран Почетным членом Академии наук Башкортостана. С 1991года по настоящее время — член Президиума Академии наук Татарстана.

В 1991 году инициировал создание ежегодной международной премии имени Завойского. В 1990 году основал международный журнал «Applied Magnetic Resonance», Springer, Wien, Heidelberg. С тех пор является главным редактором. Опубликовано 52 тома.

В 1991 году основал ежегодную международную конференцию «Modern development of magnetic resonance», которая входит в календарь научных конференций международного общества AMPERE. В 2011 году инициировал периодические международные конференции по спиновой физике, спиновой химии и спиновым технологиям.

Научные достижения К.М. Салихова получили высокое признание в мировом научном сообществе:

· Является лауреатом многих российских и международных премий, в том числе Ленинской премии за спиновую химию, Государственной премии Татарстана, Гумбольдтовской премии, Золотой медали международного общества ЭПР, Брукеровской премии Королевского химического общества Великобритании и многих других.

· Является почетным членом международного общества ЭПР и международного общества магнитного резонанса, выдающимся ученым RIKEN (Япония), почетным членом С-Петербургского физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.

· В 2011 году избран Почетным гражданином г. Казани.

· Имеет государственные награды Российской Федерации и Республики Татарстан, в том числе — орден «За заслуги перед Отечеством» III и IV степени, орден «За заслуги перед Республикой Татарстан».

К.М. Салихов сделал ряд прорывных теоретических работ по влиянию магнитного поля и магнитных изотопных эффектов в химических реакциях, основам процесса спинового обмена, индуцированного случайными бимолекулярными столкновениями парамагнитных частиц, электронной спиновой динамике, гиперполяризации электронных и ядерных спинов, выяснению потенциала импульсных ЭПР-методов контроля динамики электронных спинов и пространственной архитектуры расположения спиновых меток и ЭПР-методов определения частоты бимолекулярных столкновений спиновых зондов в сложных средах.

Около 50 лет он читал лекции студентам Новосибирского и Казанского университетов. Он основал кафедру химической физики на физическом факультете Казанского университета и проработал профессором и заведующим этой кафедры в течение более двух десятилетий. В 2021 году он прочитал курс лекций «Введение в квантовые вычисления» в университете Иннополис (Татарстан). Он подготовил 28 кандидатов наук.

В последние десятилетия пришло понимание важности спинов электронов для управления молекулярными процессами. Методы ЭПР позволяют управлять спинами, изменяя их состояние резонансным образом. Это открыло возможности для развития спиновых технологий.

Спиновые технологии являются энергосберегающими, так как для них требуется очень малые затраты энергии для изменения состояния спина.

Спин электрона определяет важнейшие свойства веществ и протекание молекулярных процессов. Наличие спинового момента дает электрону новую степень свободы. С помощью магнитных полей можно управлять состоянием спинов электронов. Это создает возможность управлять спин-зависящими процессами с помощью магнитных полей.

В развитии спиновой физики и спиновых технологий огромную роль играют методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), также известного как электронный спиновый резонанс. В ЭПР спектроскопии разработаны эффективные методы диагностики состояния электронных спинов и управления состоянием электронных спинов.

Анализ трансформаций формы спектров ЭПР спиновых зондов, вызванных спиновым обменом, позволяет получить необходимую для фармакологии информацию о взаимодействии лекарственных молекул с рецепторами. В результате использования именно ЭПР спектроскопии стоимость фармакологических исследований уменьшается.

Методы ЭПР позволяют реализовать любые квантовые логические операции с использованием спинов электронов в качестве кубитов. Квантовый компьютер на электронных спинах представляется наиболее энергосберегающим.

Достижения спиновой химии позволяют увеличивать длину полимерных молекул, управляя обрывом спин-зависящей рекомбинации радикалов. В результате можно синтезировать более качественные полимеры.

К.М. Салихов внес выдающийся вклад в развитие спиновой физики, спиновой химии, спиновых технологий. Его основные достижения приводятся ниже.

В 2019 году на основе 50 летних исследований К.М. Салихов сформулировал новую парадигму спинового обмена и его проявления в форме спектров ЭПР растворов парамагнитных частиц.

Новая парадигма позволяет существенно повысить точность определения скорости бимолекулярных процессов даже в сложных системах, например, в растворах полимеров, в объектах молекулярной биологии.

Принципиально важными являются следующие положения новой парадигмы спинового обмена и его проявления в спектрах ЭПР:

1. Малые сверхтонкие взаимодействия спинов электронов с магнитными ядрами могут привести к большим эффектам в спиновом обмене в ходе бимолекулярных столкновений («эффект бабочки»).

2. Благодаря переносу спиновой когерентности формируются коллективные моды движения спинов (спиновые экситоны) в разбавленных растворах парамагнитных частиц.

3. Эффект обменного сужения спектра ЭПР связан с тем, что при высокой скорости спинового обмена микроволновое поле возбуждает только одну (симметричную) коллективную моду движения спинов.

4. Каждая резонансная линия коллективной моды имеет смешанную форму, является суммой линий поглощения и дисперсии.

5. Вклад дисперсии в форму спектра позволяет с бо́льшей точностью определять частоту бимолекулярных столкновений по сравнению с уширением резонансных линий за счет спинового обмена.

6. Вклады обменного и диполь-дипольного взаимодействия в перенос спиновой когерентности интерферируют отрицательно, т.е. их вклады в скорость переноса спиновой когерентности вычитаются, а не складываются.

7. Модифицированные кинетические уравнения для намагниченности спинов с учетом обменного взаимодействия спиновых зондов при бимолекулярных столкновениях и диполь-дипольного взаимодействия спинов.

Предсказано существование новых квазичастиц, которая были названы Салиховым К.М. коллективными модами движения (спиновыми экситонами) и спиновыми поляритонами , образованными в результате взаимодействия спиновых экситонов с микроволновым полем.

К.М. Салихов внес основополагающий вклад в теорию спинового обмена в растворах:

Он предложил кинетические уравнения для спиновой матрицы плотности с учетом спинового обмена при столкновении парамагнитных частиц в конденcированных средах; получил уравнение для оператора эффективности столкновения для квазирезонансных спиновых процессов при диффузионном прохождении сталкивающимися частицами области обменного взаимодействия.

С помощью этих уравнений были рассчитаны скорости бимолекулярного спинового обмена с участием разных парамагнитных частиц, в том числе с учетом кулоновского взаимодействия ион-радикалов.

Был предсказан новый механизм сдвига линий ЭПР за счет обменного взаимодействия.

Найдены условия реализации эквивалентного и неэквивалентного спинового обмена.

Разработана современная теория спектров ЭПР растворов парамагнитных частиц как в случае линейного отклика, так и в условиях эффекта насыщения в сильных микроволновых полях с учетом обменного взаимодействия при столкновениях частиц и дальнодействующего диполь-дипольного взаимодействия.

На сегодняшний день практически все предсказания теории подтверждены экспериментами, проведенными в различных лабораториях в мире, прежде всего, в России и США.

К.М. Салихов является одним из основателей новой области науки и технологии - спиновой химии.

· Он дал интерпретацию первых экспериментальных наблюдений влияния внешнего магнитного поля на радикальные реакции и магнитного изотопного эффекта в радикальных реакциях.

· Сформулировал общий формализм теории магнитно-спиновых эффектов в радикальных реакциях.

· Теоретически предсказал экстремальный характер полевой зависимости вероятности рекомбинации радикальных пар, электрон-дырочных пар в области слабых магнитных полей, сравнимых с локальными полями, создаваемыми сверхтонкими взаимодействиями с магнитными ядрами.

· Теоретические результаты К.М. Салихова привели к созданию новых методов исследования спинов: MARY-спектроскопии и ЭПР спектроскопии, основанной на наблюдении эффекта стимулированной поляризации ядерных спинов (SNP EPR).

· Рассчитал вероятность рекомбинации радикальных пар с произвольным числом магнитных ядер в Земном магнитном поле.

· Установил основные закономерности формирования химической гиперполяризации ядерных спинов в слабых магнитных полях, теоретически предсказал эффект взаимного влияния ядер на их поляризацию.

· Внес заметный вклад в теорию оптически детектируемых спектров ЭПР спин-коррелированных радикальных пар.

· К.М. Салихов предсказал новый механизм гиперполяризации электронных спинов триплетных экситонов, вызванной их взаимной аннигиляцией.

Отметим, что в настоящее время создание гиперполяризованных спинов приобрело большое значения для повышения качества медицинской диагностики в магнитно-резонансной томографии.

К.М. Салихов заложил основы теории импульсных методов ЭПР.

Салихов К.М. теоретически показал возможность наблюдения модуляции сигнала электронного спинового эха в аморфных и поликристаллических веществах. Впервые изучил роль селективности возбуждения спиновой системы СВЧ импульсами, формирующими сигналы электронного спинового эха.

Разработал теорию фазовой релаксации (декогеренции) электронных спинов в твердых парамагнетиках за счет спин-спинового диполь-дипольного взаимодействия между парамагнитными центрами. Он соавтор получившего широкое применение метода измерения расстояния между парамагнитными частицами в диапазоне 1-10 нм с помощью импульсных экспериментов ЭПР с двумя частотами (ПЭЛДОР). Он развил теорию ПЭЛДОР с учетом селективного характера возбуждения спинов.

Эти работы создали базу для развития нанометрологии и ЭПР «кристаллографии».

Под его руководством впервые создан алгоритм ЭПР томографии в средах с проводимостью и диэлектрическими потерями. Впервые с помощью ЭПР томографии визуализирован скин-слой.

К.М. Салихов внес весомый вклад в изучение методами ЭПР первичных стадий ассимиляции солнечной энергии фотосинтетическими системами.

Развил теорию времяразрешенных спектров ЭПР и теорию электронного спинового эха электрон-дырочных пар, которые образуются в реакционном центре (РЦ) фотосинтеза в синглетном состоянии. Для этой ситуации им предсказаны квантовые биения интенсивности линий ЭПР, аномальная фаза сигнала первичного спинового эха и линии двухквантового перехода в спектре ЭПР. Полученные результаты применяются для изучения разделения заряда на ранних стадиях фотосинтеза, в частности, для решения вопроса о канале переноса электрона на ранней стадии разделения зарядов в реакционном центре. Теоретически предсказан красный сдвиг частоты модуляции сигнала спинового эха разделенных зарядов в РЦ из-за случайной модуляции спин-спинового взаимодействия этих зарядов процессом спин-решеточной релаксации. Этот сдвиг был также подтвержден экспериментально.

К.М. Салихов внес вклад в развитие квантовых вычислений с использованием спинов электронов в качестве кубитов.

К.М. Салихов предложил протокол квантовой телепортации в системе электронных спинов. Главной особенностью этого протокола является использование спин-зависимых элементарных химических актов в качестве логических элементов в реализации алгоритма квантового вычисления.

В настоящее время под его руководством реализуется программа работ по практической реализации квантовых алгоритмов с помощью спинов. Им предложен впервые протокол для реализации квантовой операции контролируемый-НЕ при использовании электронных спинов в качестве кубитов.

Предложенные К.М. Салиховым протоколы были реализованы экспериментально коллегами из США в Северозападном университете (Эванстон).

В совместной работе ученых КФТИ КазНЦ РАН и Института исследования твердого тела и материалов (Дрезден, Германия) теоретически и экспериментально показано, что в экспериментах ЭПР с применением многоимпульсных последовательностей проявляется известный в квантовой информатике эффект (парадокс) Зенона.

К.М. Салихов вносит большой вклад в популяризацию науки.

Под его редакцией издана замечательная книга Electron Paramagnetic Resonance: From Fundamental Research to Pioneering Applications and Zavoisky Award. Ed. K.M. Salikhov. AXAS Publishing Ltd. Wellington, New Zealand (2009). Он регулярно выступает перед школьниками и студентами в Казани, Мамадыше (Татарстан), в Академгородке (Новосибирск).

К.М. Салихов занимает активную жизненную позицию.

К.М. Салихов активно участвует в жизни Республики Татарстан.

Неоднократно выступал с идеей ответственности ученых перед обществом в СМИ и в своих публичных выступлениях.