Красноярский учёный рассказал, как синтезирует новые материалы

Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН провели журналистов по ведущим лабораториям, работающим в разных областях знаний: физики, химии, экологии, биофизики, генетики. Учёные рассказали о своих разработках, достижениях и перспективных направлениях исследований. По итогам этого увлекательного погружения «Городские новости» подготовили серию публикаций. Начать мы решили с новой лаборатории Института физики имени Леонида Киренского, ведь с создания этого центра в 1956 году отсчитывает свою историю красноярская наука.

Металлы плюс керамика

Лаборатория магнитных MAX-материалов, в которую пригласили журналистов, — одна из самых молодых в Институте физики. Решение о её создании было принято в 2019 году. На оснащение этого нового подразделения Красноярский научный центр (КНЦ) получил мегагрант правительства РФ. Средства выделялись под определённые задачи — на создание сверхпроводящих и магнитных структур.

— Сейчас мы работаем над синтезом материала, который сочетает свойства металла и керамики, — рассказал журналистам Сергей Лященко, кандидат физико-математических наук и научный сотрудник лаборатории. — Пока это фундаментальное исследование, но с заделом на прикладное применение.

Какие материалы используются в синтезе как основа? Это зашифровано в аббревиатуре МАХ, где М — означает магнитный металл, например, железо, А — немагнитный металл, такой как алюминий, а Х — углерод или азот. Составляя различные комбинации из этих веществ, учёные могут синтезировать материалы с уникальными характеристиками, в которых керамический слой даёт термическую и химическую устойчивость.

Разряженная атмосфера

Создают новые материалы в суперсовременной установке, внутри которой сверхвысокий вакуум. То есть атмосфера там в триллион раз более разряженная, чем на земле.

— Вакуум в установке практически как в космосе, — объясняет Сергей Александрович. — На объём в один стакан — всего несколько атомов. Это нужно для того, чтобы в создаваемые нами структуры из воздуха ничего не попадало, чтобы среда была чистая, контролируемая.

Дело в том, что учёные в данной лаборатории работают с наноструктурами, и газ, присутствующий в атмосфере, не должен вмешиваться в процесс их синтеза. Металл-подложку помещают в установку, нагревают до нескольких сотен градусов, газ улетучивается, и на чистую поверхность можно напылять другие вещества.

— Наша цель — получить структурно качественную плёнку, у которой должны быть контролируемые магнитные, оптические и другие свойства, — продолжает Сергей Лященко. — При этом толщина напыляемого материала — 40 нанометров, это всего 150 слоёв атомов.

Увидеть такие слои невооружённым глазом невозможно, а работать с ними позволяет оптика, встроенная в сверхвакуумную установку. Использоваться новые материалы в перспективе могут в микроэлектронике — в устройствах хранения информации, транзисторах, микросхемах, разнообразных датчиках, а также в моторах электромобилей и генераторах ветроустановок, в магнитном охлаждении, например, кондиционерах. В общем, во всех тех областях, в которых России ещё только предстоит добиться лидерства.

Простор для творчества

Лабораторию магнитных материалов можно назвать молодой, но не только из-за нового оборудования. В её работе принимают участие молодые учёные, аспиранты и даже студенты красноярских вузов. Сергей Лященко, например, только в 2011 году окончил Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика Михаила Решетнёва, в 2014 — аспирантуру, а через год защитил кандидатскую диссертацию по физике.

— Когда я поступал в аэрокосмический университет, мечтал ракеты запускать, — признался Сергей Александрович, — но оказался на кафедре технической физики, на практику же попал в институт физики. А там сложное оборудование, механизмы, инженерия, возможность создавать материалы, изобретать что-то абсолютно новое. Очень интересно! Сейчас занимаюсь сразу несколькими направлениями: оптикой, магнитооптикой, наночастицами. Получается, такая мультизадачность, мультидисциплинарность. Правда, приходится бегать из лаборатории в лабораторию, так как пока одного прибора для всех этих исследований не изобрели.

Есть в работе Сергея Лященко и большой простор для творчества. Он говорит, что без фантазии, трёхмерного мышления, способности самостоятельно ставить себе задачи успеха в науке не достигнуть. Важно, что в таких новых областях (в одной из них и трудится Сергей), молодость исследователей, их научная мобильность и смелость играет не последнюю роль.

— Конечно, глобальные задачи нам формирует общество, руководство Института, но они довольно общие, — объясняет Сергей Александрович. — И у нас есть возможность выбрать более узкое направление. А опытные коллеги нам очень помогают, например, понять, где ошибка, а где действительно новое открытие. В написании статей их поддержка неоценима.Молодой учёный не исключает, что синтезированные им вещества в перспективе смогут использоваться в космической отрасли, но для того, чтобы эта возможность реализовалась, ему нужно ещё хорошенько потрудиться.

В тему

Выдача мегагрантов научным организациям и университетам — это инициатива правительства РФ, направленная на создание передовых лабораторий, привлечения для работы в них учёных с мировым именем.

Нюанс

В Институте физики трудится 191 научный работник, в числе которых два академика и один член-корреспондент Российской академии наук, 50 докторов и 117 кандидатов наук. Количество молодых исследователей — до 39 лет — превышает 40 процентов от общего числа сотрудников. Количество аспирантов в Институте — 25 человек.