Декабрь стал для институтов Сибирского отделения РАН прорывным в создании новых материалов. Полупроводниковые наноструктуры на основе германия, кремния и олова выращены в Институте физики полупроводников.
— Методом молекулярно-лучевой эпитаксии мы сформировали гетероструктуры, в основе которых лежит недорогая кремниевая подложка. На ней были выращены кристаллические слои материалов, состоящих сразу из нескольких химических элементов: кремния, германия и олова (Ge-Si-Sn), разделенные кремниевыми барьерами, — объясняет старший научный сотрудник ИФП СО РАН Вячеслав Тимофеев.
Принципиальная ценность новинки — в совместимости с современной технологией массового производства электронных компонентов на основе кремния. Для миниатюризации электроники нужны новые технологии. Существенная проблема, ограничивающая развитие нанофотоники, — несовместимость материалов и технологий, применяемых для изготовления источников светового излучения, передающего информацию, с кремниевыми схемами регистрации и обработки сигналов.
Это обстоятельство затрудняет создание систем оптоволоконной связи нового поколения, обеспечивающих высокую скорость передачи данных.
— Эффективность взаимодействия света с веществом может повысить интеграция новых материалов на основе Ge-Si-Sn с искусственными электромагнитными средами.
С этой целью мы разработали фотонные кристаллы, представляющие собой периодически расположенные «массивы» цилиндрических отверстий, сопряженных с гетероструктурами GeSiSn/Si. Фотонный кристалл — искусственно созданная, пространственно упорядоченная среда, которая пропускает или отражает фотоны с определенными энергиями, выступая своеобразным фильтром, — добавляет Вячеслав Тимофеев.
Полученные наноструктуры сибирские физики передали партнерам в Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» для детального изучения параметров. Уже установлено, что применение фотонно-кристаллических структур позволяет многократно усилить сигнал светоизлучающих и фотоприемных структур в инфракрасном диапазоне спектра, недоступном для традиционной кремниевой оптоэлектроники.
— Полученные материалы перспективны для создания фотоприемников и источников излучения в коротковолновом инфракрасном диапазоне (1-3 мкм).
Сейчас ведем разработку макетов устройств на их основе. Благодаря новому классу материалов будет расширен рабочий спектральный диапазон устройств нанофотоники, в том числе элементов интегральной фотоники, систем полностью оптической обработки информации и волоконно-оптических линий связи нового поколения, — резюмирует доцент СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Дмитрий Фирсов.
Кристаллы, открывающие новые перспективы в лечении болезней Альцгеймера и Паркинсона, а также шизофрении, синтезировали в Красноярске.
Гибридный материал на основе органических соединений и азотной кислоты, полученный специалистами Института химии и химической технологии ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» в сотрудничестве с учеными Туниса, Индии и Саудовской Аравии, отличается уникальными фармакологическими характеристиками.
Особое внимание специалистов привлекла эффективность его взаимодействия с белками. Синтезированные кристаллы можно использовать в качестве ингибитора белков, связанных с болезнями Альцгеймера, Паркинсона и шизофренией, ученые обнаружили их перспективные биоактивные свойства: новые соединения хорошо проникают в активную среду области рецепторов.
— Наш материал демонстрирует исключительную кинетическую стабильность и перспективную биологическую активность.
Это открывает новые возможности для разработки гибридных материалов с уникальными свойствами, которые могут быть использованы в различных областях, включая биомедицину, энергетику и электронику. Точное и глубокое понимание сложных потенциальных межмолекулярных взаимодействий и биологической активности такого ингибитора имеет важное значение для разработки новых лекарств.
Исследование проливает свет на физико-химические и биологические свойства нового вещества и подчеркивает возможность его потенциального применения в области терапии нейродегенеративных заболеваний, — считает старший научный сотрудник ИХХТ ФИЦ КНЦ СО РАН Юрий Маляр.
А сотрудники Института ядерной физики СО РАН провели в преддверии нового года испытания карбида бора в качестве потенциального покрытия для стенок термоядерных реакторов.
Термоядерная реакция — это процесс, во время которого легкие атомные ядра объединяются в более тяжелые. Такой процесс происходит в плазме во время ее горения при очень высокой температуре — от 10 до100 миллионов градусов.
В термоядерном реакторе плазма находится в вакуумной камере токамака — специального устройства, которое удерживает плазму с помощью магнитных полей. Система на основе токамака будет использована в большом экспериментальном термоядерном реакторе ИТЭР, в строительстве которого принимают участие специалисты из России, Японии, Китая, Кореи, Индии, США и стран Европы.
Основная задача команды ИТЭР — создать реактор, где плазма будет сама поддерживать свое горение. — Благодаря этому проекту во всем мире развиваются новые технологии, — комментирует главный научный сотрудник, советник директора ИЯФ СО РАН Александр Бурдаков. — Вопросы, которые ИТЭР ставит перед нами, человечество еще никогда не решало. Это — необходимый шаг к термоядерным электростанциям, технологии, дающей возможность получать на вложенных 50 МВт в 10 раз больше энергии. Плазма в токамаке находится в тороидальной вакуумной камере.
Несмотря на то, что она мало контактирует со стенками по причине удержания магнитным полем, нагрузка на них все равно большая. Материал стенки в таких условиях может разрушаться. Частицы покрытия стенки в любом случае будут попадать в плазму, но тяжелые примеси особенно опасны. Такие вещества в плазме приводят к ее быстрому остыванию.
Найти материал для первой стенки, который отвечал бы всем необходимым требованиям, очень сложно.
На данный момент в качестве материала для первой стенки камеры в ИТЭР используются вольфрам и бериллий.
Вольфрам — тугоплавкий и хорошо выдерживает высокие температуры, но это тяжелый материал, и при попадании в плазму он быстро охлаждает ее. Бериллий же очень легкий и даже при попадании в плазму почти не влияет на ее качество. Но пыль бериллия токсична для человека и является сильным канцерогеном.
Поэтому коллектив ученых во главе с Анатолием Красильниковым, руководителем «ИТЭР-Центра» (национальное агентство в Российской Федерации по сооружению Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР), интервью с которым опубликовано в «Поиске» №51, ищет альтернативные варианты покрытия стенки токамака. Нужны термостойкие и одновременно легкие материалы, обладающие высокой теплопроводностью и электропроводностью.
В качестве перспективного покрытия, которым можно укрепить вольфрамовую стенку, рассматривается порошок карбида бора. Испытания материала проводились на установке ВЕТА в ИЯФ СО РАН, где его подвергали «термоядерным» импульсным нагрузкам. Доказана высокая конкурентоспособность новых покрытий по сравнению с существующими аналогами.
Ольга КОЛЕСОВА
Фото Владимира Трифутина (пресс-служба ИФП)
Нет комментариев