Новосибирский ученый улучшил метод роста кристаллов с оптическими свойствами

Фото: ria-sibir.ru




Кристаллы сегодня используются для создания многих высокоточных приборов, поэтому ученые стремятся улучшить их характеристики и усовершенствовать методы роста. За работу в этой области старший научный сотрудник Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Константин Кох получил в 2018 году президентскую премию в области науки и инновации для молодых учёных.

Константин Кох проявил себя в области развития методов получения халькогенидных соединений и создания функциональных кристаллов для высокотехнологичных устройств. Существует масса широко известных способов создавать кристаллы. Константин Кох сумел усовершенствовать один из них - метод Бриджмена. 

"Представьте стакан с кофе, который вынесли на мороз, - говорит Константин Кох. - Жидкость в нем начнет замерзать с краев, а центр кристаллизируется в последнюю очередь. Это плохо отражается на свойствах получившегося кристалла. Метод Бриджмена, по сути, предлагает поместить этот стакан в печку, которая будет поддерживать температуру с боков, а затем постепенно опускать его на мороз - тогда фронт кристаллизации станет распространяться снизу вверх.

Идея новосибирского ученого заключается в том, чтобы, расширяя метод Бриджмена, нагревать расплав чуть сильнее с определенной стороны. Такое простое казалось бы изменение имеет далеко идущие последствия. Из-за разницы температур в сосуде усиливается естественная конвекция (потоки жидкости, как в кастрюле с кипящей водой), при правильно подобранных пораметрах это приводит к росту более совершенного кристалла. 

Исследования Константина Коха посвящены также улучшению свойств кристаллов за счет внедрения примесей. Например, существует селенид галлия, широко известное соединение с интересными оптическими свойствами. Но селенид галлия очень мягкий, что затрудняет его использование в оптических системах вне лабораторий. Чтобы исправить это, ученые не раз пытались его допировать. Однако эксперименты велись беспорядочно и результата не приносили. В лаборатории роста кристаллов Института геологии и минералогии СО РАН совместно с коллегами из Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН и Сибирского физико-технического института провели систематические исследования и выяснили, какие примеси могут решить поставленную задачу. Добавка алюминия и серы в определенных концентрациях доводят свойства кристалла селенида галлия до уровня, достаточного для практического применения.

Это довольно важно, потому что уникальные физические свойства селенида галлия позволяют использовать его в качестве эффективного источника терагерцового излучения: оно находится в диапазоне между инфракрасным и микроволновым, обладает проникающей способностью, сравнимой с рентгеном, но при этом не наносит вред живым организмам (из-за невысокой энергии фотонов).

Сегодня терагерцовое излучение и возможности его применения изучают многие специалисты. Однако отсутствие дешевых источников излучения пока не позволяет использовать его повсеместно. Существует несколько способов использовать эти кристаллы для генерации и детектирования терагерцового излучения. Например, на них можно воздействовать лазером с ультракороткими импульсами - из-за этого в кристаллах возбуждается носители заряда, которые при релаксации генерируют излучение. 

Еще одна область исследований Константина Коха - материалы со структурой тетрадимита (Bi2Te2S). Они были открыты еще в 1930-е годы и подробно исследованы благодаря тому, что обладают термоэлектрическим эффектом, то есть конвертируют тепловую энергию в электрическую и наоборот. Однако, как недавно выяснилось, у тетрадимитов есть и другое, более интересное свойство - они могут выступать в роли топологических изоляторов. Это относительно недавно обнаруженный тип материала, который внутри представляет собой диэлектрик (изолятор), а на поверхности проводит электрический ток. 

"Казалось бы, подобным сложно кого-то удивить: возьмите кусок дерева, наклейте на него фольгу и получите те же свойства, - говорит Константин Кох. - Тем не менее, у топологических изоляторов есть особенность: их поверхность проводит спин-зависимый ток, то есть электроны там могут двигаться только в одном направлении - это потенциально очень важно для создания квантовых компьютеров. Конечно, до них очень далеко, но один из шагов в нужном направлении уже сделан".

Чтобы убедиться в том, что эта область исследований очень актуальна, достаточно напомнить: за теоретические открытия топологических фаз вещества в 2016 году присудили Нобелевскую премию по физике. Сложность работы с тетрадимитами заключается в том, что прежде для исследования термоэлеткрических свойств хватало мелкозернистых «таблеток» Bi2Te2S, а работа с топологическими изоляторами требует принципиально другого материала — монокристалла с макисмально совершенной структурой.

Уже сейчас ученые Института геологии и минералогии СО РАН научились выращивать низкодефектные кристаллы, которые, к тому же, не окисляются на воздухе. Однако исследования продолжаются - специалисты стремятся создать образцы, в которых внутренняя проводимость будет максимально низкой.

Справка .

Президентская премия учреждена в 2008 году для поддержки молодых ученых и специалистов, поощрения их участия в инновационной деятельности. Соискателями могут быть граждане РФ в возрасте не старше 35 лет, размер награды —2,5 миллиона рублей.  

Из интернет-издания "Наука в Сибири" .



 
По теме
Новости Город ЖКХ Преступность Образование Медицина Новости партнеров Общество Происшествия Сельское хозяйство Спорт Экономика и бизнес Технологии Трансляции Сообщить новость
07.02.2018
Новости Город ЖКХ Преступность Образование Медицина Новости партнеров Общество Происшествия Сельское хозяйство Спорт Экономика и бизнес Технологии Трансляции Сообщить новость
07.02.2018
 
Вручит премию Константину Коху президент во время визита в Новосибирск  - НГС.Новости Вручит премию Константину Коху президент во время визита в Новосибирск  В Москве объявили лауреатов президентской премии в области науки и инновации для молодых учёных — одним из трёх лауреатов стал Константин Кох из Новосибирска.
06.02.2018
Новосибирские ученые установили возраст древней стоянки на Северном Кавказе – 3,6-3,3 тысяч лет до н. э. - РИА Сибирь Вглубь веков Ученые Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета определили возраст археологических находок,
16.06.2018
Новосибирские ученые установили возраст древней стоянки на Северном Кавказе – 3,6-3,3 тысяч лет до н. э. - РИА Сибирь Вглубь веков Ученые Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета определили возраст археологических находок,
16.06.2018 РИА Сибирь
Новый центр тестирования иностранных граждан появился в Новосибирской области.
14.06.2018 Газета Ведомости
Походные испытания проходили учащиеся 121-й школы в понедельник,4 июня Дом молодежи «Маяк» провел интерактивную программу «Туристическая полоса препятствий ». Ребята состязались в укладке рюкзака, составлении карты,
13.06.2018 Газета Бумеранг
За смерть женщины в шахте лифта получил 2,5 года условно директор фирмы в Новосибирске - Курьер.Среда.Бердск 43-летняя сотрудница разбилась насмерть. Грузовой лифт, в котором погибла женщина, имел дефекты В городе Новосибирске вынесен приговор 57-летнему мужчина по обвинению в оказание услуг,
18.06.2018 Курьер.Среда.Бердск
Всё дело в шляпе! - Газета Ведомости Дети посмотрели на Новосибирск глазами конструктивиста и нарисовали дома Бориса Гордеева.
16.06.2018 Газета Ведомости
Главный приглашённый дирижёр Дмитрий КОРЧАК о НОВАТе, погоде в Новосибирске и дружбе с оперными звёздами.
14.06.2018 Газета Ведомости
Кто-то в качестве музыкального сопровождения к Дню России выбрал концерт Полины Гагариной, а корреспонденты «Ведомостей» отправились слушать настоящую русскую песню на Фестиваль искусств «Сибирская Октава».
14.06.2018 Газета Ведомости
Img-20180617-wa0021_thumb_main - Sibnovosti.ru Абсолютный триумф G-Drive Racing в Ле-Мане! 17 июня 2018 войдет в историю автоспорта: российский гимн звучит в Ле-Мане, где экипаж G-Drive Racing впервые одержал блестящую победу.
18.06.2018 Sibnovosti.ru
Вместе с тысячами новосибирцев наши корреспонденты Виталий ЗЛОДЕЕВ и Валерий ПАНОВ пришли на Михайловскую набережную,
15.06.2018 Газета Ведомости
Фото с сайта NSO.RU На три дня 256 прокуроров сменили кители на спортивную форму.
14.06.2018 Советская Сибирь
На ближайший месяц Михайловская набережная станет самым «футбольным местом Нвовсибирска».
14.06.2018 Газета Ведомости
Авария произошла на Красном проспекте, недалеко от поворота на улицу Северная  - НГС.Новости Авария произошла на Красном проспекте, недалеко от поворота на улицу Северная  Троллейбус № 5 врезался в столб на Красном проспекте — водителя увезли на скорой, пассажиров в салоне не было, так как транспорт ехал в депо.
17.06.2018 НГС.Новости