ОСНОВОПОЛОЖНИК МАГНИТНОЙ РАДИОСПЕКТРОСКОПИИ
К 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ АКАДЕМИКА Е.К ЗАВОЙСКОГО
Е.К. Завойский
Евгений Константинович Завойский родился 28(15 по ст. ст.) сентября 1907 г. в Могилёве-По-дольском (Украина) в семье военного врача. Родители будущего учёного - Константин Иванович и Елизавета Николаевна - происходили из семей священнослужителей. В 1908 г. Завойские переехали в Казань. С детства Женя увлёкся радиолюбительством. Эти занятия он продолжил и будучи студентом физико-математического отделения Казанского университета, куда поступил в 1926 г. Уже в сентябре 1927 г. юноша ходатайствует о выдаче патента на изобретение "Управление механизмами на расстоянии". В мае 1930 г. Евгений окончил университет по специальности "физика".
В октябре того же года Е.К. Завойский стал аспирантом Казанского университета, его научным руководителем был заведующий кафедрой физики профессор В.А. Ульянин. В 1931 г. Евге-
ний Константинович стажировался в Ленинграде в Центральной радиолаборатории, где занимался исследованием резонансных кривых суперрегенеративного приёмника и разработал ультракоротковолновый (синфазный) генератор.
1 марта 1933 г. на физическом отделении КГУ Е.К. Завойский защитил аспирантскую диссертацию "Исследование суперрегенеративного эффекта", и уже 8 марта его назначили исполняющим обязанности заведующего кафедрой физики, а в мае - заведующим лабораторией электроколебаний при этой же кафедре. В марте 1934 г. Е.К. Завойский на съезде молодых учёных в Москве представил доклад "Исследование физических и химических действий ультракоротких волн". В 1934 г. в КГУ под руководством Евгения Константиновича была организована лаборатория ультракоротких волн, в которой проводились исследования воздействия УКВ на вещество. В 1936 г. Е.К. Завойский опубликовал работу "Метод измерения потенциалов возбуждения атомов и молекул". Он обосновал возможность возбуждения молекул электронами, ускоренными высокочастотными электрическими полями, и получил экспериментальные данные для многих газообразных и жидких систем. Экспериментально было обнаружено явление поглощения электрической составляющей электромагнитного поля веществом (при определённом режиме УКВ-генератора). При этом наблюдалось изменение величины анодного и сеточного тока лампового генератора. Это явление было названо "метод сеточного тока". В августе 1935 г. вышла статья Е.К. Завойского "О влиянии постоянного магнитного поля на на-
гревание водных растворов электролитов : высокой частоты".
|полях
В 30-е годы Е.К. Завойский много времени отдаёт организаторской и преподавательской деятельности. Он налаживает работу кафедры экспериментальной физики КГУ, знакомится с постановкой преподавания физики в университетах Москвы и Ленинграда. Им был заново создан общий физический практикум, открыты лаборатории оптики, колебаний и волн, лаборатории для научной работы студентов и аспирантов, стеклодувная и механическая мастерские. По его инициативе в учебный план были введены новые курсы: физические свойства диэлектриков, теоретическая оптика, квантовая теория; расширен объём курсов математики.
С.А. Альтшулер, Е.К. Завойский, Б.М. Козырев
В 1938 г. (после вступления в силу положения о защите кандидатских и докторских диссертаций) Е.К. Завойскому была присуждена учёная степень кандидата физико-математических наук (без защиты диссертации, по совокупности работ, выполненных к тому времени).
В этот период научные интересы Е.К. Завойско-го концентрировались вокруг экспериментального и теоретического исследования явлений в электрических и магнитных полях высокой частоты, поглощения ультракоротких волн веществом. Накопленные им опыт и знания стали залогом успешных пионерских экспериментов по парамагнитному резонансному поглощению в конденсированных веществах. Весной 1941 г. он был очень близок к открытию ядерного магнитного резонанса, но война помешала продолжению исследований. Е.К. Завойский был вынужден переключиться на оборонную тематику. В конце ноября 1943 г. он снова возвращается к поиску ядерного магнитного резонанса, применив ряд разработок, в частности, модуляцию постоянного магнитного поля, что существенно повысило чувствительность его установки. И вот пришёл день рождения парамагнитного резонанса: 21 января 1944 г. в растворах солей парамагнитных ионов (CuSO4 и М^04) Евгений Константинович наблюдает магнитный резонанс при условии перпендикулярности радиочастотного магнитного поля генератора к постоянному магнитному полю. Первые эксперименты проводились с использованием перемен-
ного поля с частотой порядка 10 МГц. Евгений Константинович обнаружил, что кривая поглощения Q = ДИс) имеет максимум, лежащий в очень низких постоянных магнитных полях Ис, порядка нескольких эрстед. При обсуждении результатов с Яковом Ильичём Френкелем они пришли к выводу, что этот максимум обусловлен эффектом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
Я.И. Френкель всячески содействовал быстрейшему написанию Е.К. Завойским докторской диссертации, подчёркивая, что эта работа будет украшением Казанского университета.
В скобках заметим: первая установка, на которой в январе 1944 г. Е.К. Завойский впервые наблюдал сигнал ЭПР, стала центральным действующим экспонатом уникального музея Е.К. За-войского, созданного в Казанском университете И.И. Силкиным по инициативе С.А. Альтшулера и М.А. Теплова и при поддержке Ю.Г. Коноплёва, А.В. Аганова и М.С. Тагирова.
Весной 1944 г. Е.К. Завойским была написана докторская диссертация "Парамагнитная абсорбция в перпендикулярных и параллельных полях для солей, растворов и металлов", в конце июня диссертация была направлена в Москву. В октябре в дополнении к диссертации "Магнитные радиочастотные спектры парамагнетиков" были изложены эксперименты, проведённые Е.К. Завойским на более высоких частотах (194, 65 и
32 см). В конце декабря Евгений Константинович выступил с докладом на семинаре у П.Л. Капицы.
На открытии международной конференции по магнетизму в 1973 г. П.Л. Капица так отозвался о работе Е.К. Завойского: "...Перечисленные направления появились уже в годы моей молодости, но за последние годы возникли новые. Наиболее важные из них связаны с открытием в 1944 г. Е.К. Завойским парамагнитного резонанса. Оно было сделано молодым тогда учёным, работавшим совершенно самостоятельно в Казанском университете. Мне хорошо помнится, что, когда он сообщил в Москве результаты своих исследований, это вызвало недоверие. Но за несколько дней он воспроизвёл свои опыты в нашем институте, и для всех не оставалось сомнений, что было сделано крупнейшее открытие. После открытия Е.К. Завойского изучение резонансных явлений в высокочастотных полях распространилось на ряд областей".
Защита диссертации состоялась 30 января 1945 г. в Физическом институте АН СССР. Завойскому была присуждена учёная степень доктора физико-математических наук, а затем присвоено учёное звание профессора. Четверть века спустя, 23 июня 1970 г., Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР внёс в государственный реестр СССР открытие Е.К. Завойского "Явление электронного парамагнитного резонанса" (с приоритетом от 12 июля 1944 г., это дата поступления рукописи статьи в редакцию "Журнала экспериментальной и теоретической физики", которая считается официальной датой открытия ЭПР).
В Казани Е.К. Завойский работал до 1947 г. Он впервые исследовал монокристаллы парамагнитных солей, при этом ещё более повысил частоту радиочастотного поля генератора и перешёл к дециметровому, а затем и к сантиметровому диапазонам длин волн.
Наряду с резонансным поглощением Е.К. Завойский впервые наблюдал и исследовал кривые парамагнитной дисперсии в области резонанса. Предложив новый метод изучения этого явления, он получил на высоких частотах для сульфата марганца М^04 кривую дисперсии.
Следующий полученный им результат - наблюдение запрещённых переходов в спектре ЭПР веществ, имеющих спин S > 1/2. В соединениях М^04 ■ 3Н2О Евгений Константинович обнаружил дополнительные резонансные линии, соответствующие кратным переходам с изменением магнитного квантового числа Ат = 2, 3.
В апреле 1947 г., независимо от И. Гриффитса, Е.К. Завойский на порошке никеля и железо-кремнистого сплава наблюдает ферромагнитный резонанс.
В работе "К теории парамагнитной релаксации в перпендикулярных полях" он вместе с С.А. Альтшулером и Б.М. Козыревым сделал важные выводы о природе ширины линий парамагнитного резонанса. Анализируя данные для солей Mn2+ и Cr3+ в кристаллическом состоянии и в растворах, полученные на разных частотах, учёные пришли к заключению, что ширина линии парамагнитного резонанса в первую очередь определяется магнитными диполь-дипольными взаимодействиями и может трансформироваться под влиянием обменных сил и расщепления спиновых уровней парамагнитных ионов в электрическом поле окружающих частиц.
В апреле 1945 г. Совмин СССР постановил создать Казанский филиал Академии наук СССР, в составе которого среди других институтов был и Казанский физико-технический институт (КФТИ). В августе 1945 г. вышло постановление Президиума АН СССР. И.о. директора КФТИ был назначен член-корреспондент АН СССР Н.Г. Чеботарёв и была утверждена структура института из четырёх секторов. Заведующим сектором физики был назначен Е.К. Завойский. Мы можем считать Е.К. Завойского основателем сегодняшнего Казанского физтеха. Поэтому совершенно закономерно, что в 1984 г. КФТИ АН СССР было присвоено имя учёного.
В архиве института есть первый отчёт Е.К. Завойского о работе сектора физики за январь-май 1946 г. Приведём выдержку из этого отчёта.
"За отчётный период работа Сектора проходила в очень трудных условиях: нет помещения и недостаточно оборудования и литературы... Несмотря на это Сектор провёл значительную работу.
1) Выполнена работа "Измерение магнитной восприимчивости парамагнетиков на дециметровом диапазоне" (Е. Завойский), которая сдана в журнал J. of Physics и ЖЭТФ.
2) Снс И. Шапошников, мнс Б. Козырев, ст. лаборант В. Труфанова закончили перевод с английского книги Казимира по парамагнетизму.
3) И. Шапо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.