Миллс, Ян Марк

Ян Марк Миллс
англ. Ian Mark Mills
Дата рождения 9 июня 1930(1930-06-09)
Место рождения Соннинг-он-Темз, Великобритания
Дата смерти 23 декабря 2022(2022-12-23) (92 года)
Место смерти Рединг, Великобритания
Страна  Великобритания
Род деятельности химик, спектроскопист, metrologist
Научная сфера молекулярная спектроскопия
Место работы Редингский университет (с 1957)
Альма-матер Редингский университет (1951)
Награды и премии
Медаль Ломба от Оптического общества Америки (1960)
Членство в Оптическом обществе Америки (1970)
Медаль Липпинкотта оптического общества Америки, общества Кобленца и общества прикладной спектроскопии (1982)
Премия сэра Гарольда Томсона (1988)
Награда Королевского химического общества за достижения в спектроскопии (1990)
Сайт royalsocietypublishing.org/…

Ян Марк Миллс (англ. Ian Mark Mills; 9 июня 1930, Соннинг-он-Темз, Великобритания, — 23 декабря 2022, Рединг, Великобритания) — британский физик, химик[1]. Занимался молекулярной спектроскопией, внёс значительный вклад в понимание колебательного движения молекул. Занимался также вопросами метрологии. Инициативы Миллса по переопределению таких единиц, как килограмм, ампер, кельвин и моль, путём закрепления значений постоянной Планка, элементарного заряда, постоянной Больцмана и числа Авогадро, оказали большое влияние на науку.

Молодые годы, образование

Ян Миллс родился 9 июня 1930 года в деревне Соннинг-он-Темз, графство Беркшир[1]. Его отец, Джон, был врачом и возглавлял отделение патологии в Королевской больнице Беркшира. В молодости Джон обучался в Кембридже, где жил с двумя друзьями – Стэнли Гудингом и Эдвардом Гуггенхаймом, который впоследствии стал профессором химии в Редингском университете. Гуггенхайм оказал заметное влияние на Яна, будучи его крестным отцом, преподавателем и позже – руководителем кафедры.

Детство Яна прошло в Соннинге. У Яна была старшая сестра Элисон. Ян с ранних лет увлекался ремеслами – у него была мастерская для работы с деревом и металлом. Позже он освоил работу с лабораторным стеклом, что стало полезным навыком в его научной работе. Кроме того, он увлекался шахматами, рисованием и акварельной живописью.

В школе Ян стал проявлять способности к математике и естественным наукам, особоенно к химии и физике. С 1948 по 1951 год Ян обучался физике в Редингском университете. Однако вскоре он понял, что ему интересней химия. Его руководителем стал Эдвард Гуггенхайм, который в те времена был известен своими работами по статистической механике и термодинамике. Миллс окончил университет с отличием. В 1954 году он защитил диссертацию и получил степень доктора философии.

Ранние работы

Ян Миллс начал свою научную деятельность в 1951 году в группе молекулярной спектроскопии доктора (впоследствии – профессора и сэра) Гарольда Томпсона в Оксфорде, в Лаборатории физической химии.

Первые работы Яна Миллса были посвящены спектральному изучению изотопологов[2]. Докторская работа Миллса включала в себя два направления: улучшение технических характеристик спектрометра (ученый улучшил калибровку прибора и устранил противоречия в ранее опубликованных данных) и экспериментальное доказательство независимости геометрии молекулы от ее изотопного состава на примере изотопологов хлороводорода (H35Cl и H37Cl)[3]. Последнее теоретически следовало из того, что в электронном уравнении Шредингера, которое получается в рамках приближения Борна-Оппенгеймера, отсутствуют массы ядер. Таким образом Миллс экспериментально подтвердил надежность приближения Борна-Оппенгеймера.

Дальнейшая научная деятельность и достижения

Постдокторские исследования в группе Брайса Кроуфорда в Миннесоте, США

С октября 1954 по сентябрь 1956 года Ян Миллс работал постдокторантом в группе профессора Брайса Кроуфорда в Миннесотском университете. Там он провел ряд усовершенствований по улучшению техники спектроскопического эксперимента. В частности, он внедрил фильтр на основе германия для устранения нежелательных длин волн, повысил чувствительность прибора, заменил призму на модель из йодида цезия, что позволило расширить диапазон длин волн до 180 см-1[4]. Благодаря этому, Миллс один из первых исследовал дальний инфракрасный диапазон. Эти исследования позволили установить ряд важных структурных особенностей молекул (в частности, область отпечатков пальцев). За свои достижения ученый был удостоен медали Ломба Американского оптического общества в 1960 году.

Теория расчетов электронной структуры в Кембридже и Рединге

С октября 1956 по сентябрь 1957 года Миллс работал в Кембридже в качестве научного сотрудника компании Imperial Chemical Industries (ICI) в отделе теоретической химии и в колледже Корпус-Кристи. Там Ян Миллс занимался электронной задачей (электронное уравнение Шредингера). Он сотрудничал с такими видными учеными, как Дж. А. Попл (будущий лауреат Нобелевской премии) и Д. А. Хартри (один из создателей метода Хартри-Фока). Миллс предложил добавить в квантово-химический базис несимметричные f-функции для описания распределения заряда вокруг атома углерода. Также он один из первых начал использовать экспериментальные данные для оптимизации параметров потенциала взаимодействия атомов в молекулах[5]. Кроме того, ученый разработал методику эффективного учета ангармонизма в молекулярных колебаниях[5][6][7][8].

Движения с большой амплитудой

Высокоамплитудные колебания представляют теоретический интерес, поскольку к ним относятся химические реакции. Моделирование высокоамплитудных колебаний отличается от стандартных подходов в спектроскопии. Так, молекулы, в которых они проявляются, трудно отнести к той или иной группе симметрии, так как группа симметрии будет варьироваться в зависимости от отклонения конфигурации от равновесной (например, для аммиака (NH3) возможны группы симметрии C3v и D3h).

Первой работой Яна Миллса в этом направлении было исследование «пульсации кольца» циклобутана[9]. Используя самодельный инфракрасный спектрометр, Ян Миллс совместно с аспирантом Дж. М. Р. Стоуном провел исследование, в котором объединил экспериментальные данные с вариационными расчетами для точного определения поверхности потенциальной энергии. Эта работа положила начало важной области современной спектроскопии: вычислительной спектроскопии.

Также ученый изучал многие другие молекулы с высокоамплитудными колебаниями: оксетан ((CH2)3O), 1-пиразолин ((CH2)3N2), субоксид углерода (C3O2). Они также представляют собой интересные с точки зрения теории примеры. Так, в оксетане наблюдался необычный вращательный спектр, связанный с несколькими квантовыми состояниями колебательной моды пульсации кольца, а субоксид углерода близок к линейной молекуле, что приводит к соответствующим изменениям в спектре.

В теоретическом плане Ян Миллс предложил рассматривать взаимодействие высокочастотных и высокоамплитудных низкочастотных колебаний по аналогии с приближением Борна-Оппенгеймера, в рамках которого движение ядер замораживается при анализе движения электронов, а при анализе движения ядер происходит усреднение по всевозможным положениям электронов в пространстве[10]. Он рассматривал отдельные поверхности потенциальной энергии для каждого возбужденного состояния быстрого колебания. Ученый разработал теоретическую модель и показал, что недиагональные поправки в колебательной задаче имеют малую величину, что говорит о том, приближение – хорошее.

Локализованные моды

Ян Миллс и Алан Робьетт опубликовали статью, посвященную локализации колебаний в небольших симметричных молекулах. Основной элемент этого подхода — доминирование ангармоничности над связью между осцилляторами. Это позволило использовать стандартные методы для моделирования колебательных состояний в различных молекулах. Позднее Ян Миллс и Джим Багготт добавили резонанс Ферми между изгибными и растяжениями модами в теорию локальных мод.

Единицы измерения и прецизионность

Второй этап своей профессиональной деятельности Ян Миллс начал в 1988 году с публикации первого издания «Зеленой книги» Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) под названием «Величины, единицы и символы в физической химии». После выхода на пенсию в 1995 году Миллс сосредоточился на метрологии, выпустив множество значимых научных публикаций[11][12]. Его вклад в развитие базовых единиц измерения, таких как килограмм, ампер, кельвин и моль, привел к тому, что в 2015 году он был удостоен Ордена Британской империи (OBE).

Ян Миллс в сотрудничестве с группой ученых, известной как «пятерка» (в состав которой входили Терри Куинн, Питер Мор, Барри Тейлор и Эдвин Уильямс), подготовил три важные научные работы, опубликованные в 2005, 2006 и 2011 годах[11][12]. В этих статьях они предложили заменить определения базовых единиц, основанные на физических артефактах, на определения, опирающиеся на фундаментальные физические константы. Например, килограмм стали определять через фиксированное значение постоянной Планка.

Миллс также сыграл важную дипломатическую роль в реализации этих изменений. Занимая пост президента Консультативного комитета по единицам измерения (CCU) с 1995 по 2014 год, он активно продвигал реформу. После официального утверждения новых определений в Версале в 2018 году его вклад был высоко оценен.

Прочая деятельность

Ян Миллс входил в редакционные советы ряда научных журналов, включая “Journal of Molecular Spectroscopy”, “Molecular Physics” и “Chemical Physics Letters”. Он был старшим редактором “Molecular Physics” в 1972–1977 годах и вновь занимал эту должность с 1995 по 2004 год.

Миллс также был организатором и участником множества научных конференций. В 1969 году он совместно с профессором Гилбертом Аматом основал серию коллоквиумов по высокоразрешающей молекулярной спектроскопии, которые проводятся каждые два года в различных городах Европы. Кроме того, он участвовал в организации обсуждений Фарадея и других научных мероприятий высокого уровня.

Семья

Ян Миллс познакомился со своей будущей женой Маргарет Мэйнард в Миннесоте, где они занимались шотландскими танцами[1]. Они поженились в 1957 году и переехали в Рединг, а позже обосновались в доме рядом с университетским кампусом. У них родились двое детей – сын Уильям и дочь Джейн. Ян Миллс активно участвовал в воспитании детей, проводя с ними время на прогулках и в играх. Вместе с женой он часто устраивал приемы для студентов и коллег, создавая теплую атмосферу.

Премии и награды

- 1960: Медаль Ломба от Оптического общества Америки

- 1970: Членство в Оптическом обществе Америки

- 1982: Медаль Липпинкотта оптического общества Америки, общества Кобленца и общества прикладной спектроскопии

- 1988: Премия сэра Гарольда Томсона

- 1990: Награда Королевского химического общества за достижения в спектроскопии

- 1996: Членство в Лондонском королевском обществе

- 2016: Орден Британской империи (OBE)

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Lauri O. Halonen. IAN MARK MILLS // Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. — 2025. — Vol. 78.
  2. ↑ Mills M.I., Thompson H.W. The fundamental vibration-rotation bands of 13C16O and 12C18O // Trans. Faraday Soc., 1953, v. 49, p. 224–227.
  3. ↑ Mills M.I., Thompson H.W. The fundamental vibration-rotation band of hydrogen chloride // Proc. R.Soc. Lond. A, 1953, v. 218, p. 29–36.
  4. ↑ Mills M.I., Crawford B. Transmission of germanium in the far infrared // J. Opt. Soc. Am., 1955, v. 45, p. 489.
  5. ↑ 1 2 Mills M.I., Aldous J. The calculation of force constants and normal co-ordinates—III. // Spectrochim. Acta. 1963, v. 19, p. 1567–1584.
  6. ↑ Mills M.I., King W.T., Crawford B. Normal coordinates in the methyl halides // J. Chem. Phys., 1957, v. 27, p. 455–457.
  7. ↑ Mills M.I., Person W.B., Scherer J.R., Crawford B. Vibrational intensities IX: C2F6, extension and revision // J. Chem. Phys. 1958, v. 28, p. 851–853.
  8. ↑ Mills M.I., Hedberg L. ASYM20, a general program for harmonic force field calculations, with acritical review of the theory involved // J. Mol. Spectrosc., 1993, v. 160, p. 117–142.
  9. ↑ Mills M.I., Stone J.M.R. Puckering structure in the infra-red spectrum of cyclobutene // Mol. Phys. 1970, v. 18, p. 631–652.
  10. ↑ Mills M.I. Born-Oppenheimer failure in the separation of low-frequency molecular vibrations // J. Phys. Chem., 1984, v. 88, p. 532–536.
  11. ↑ 1 2 Mills M.I., Mohr P.J., Quinn T.J., Taylor B.N., Williams E.R. Redefinition of the kilogram: adecision whose time has come // Metrologia, 2005, v. 42, p. 71–80.
  12. ↑ 1 2 Mills M.I., Mohr P.J., Quinn T.J., Taylor B.N., Williams E.R. Adapting the international system of units to the twenty-first century // Phil. Trans. R. Soc. A, 2011, v. 369, p. 3907–3924.
Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.