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
Ученые Института теоретической и прикладной механики имени С. А. Христиановича СО РАН начали работу над созданием покрытий, которые будут отталкивать влагу и защищать самолёты от обледенения.
23.09.2018
На скамье подсудимых за хорошее знание науки и плохое – Уголовного кодекса оказался бывший сотрудник Института ядерной физики СО РАН: он добывал золото из раствора электролита, успел таким образом «намыть» 187 граммов.
23.09.2018
Ученые Института теоретической и прикладной механики имени С. А. Христиановича СО РАН начали работу над созданием покрытий, которые будут отталкивать влагу и защищать самолёты от обледенения.
23.09.2018 РИА Сибирь
21 сентября Губернатор Новосибирской области посетил Сибирский государственный университет геосистем и технологий.
21.09.2018 49 канал Новосибирск
Новые технологические решения для проекта «Академгородок 2.0», использование цифровых платформ и BIM-технологий в развитии инфраструктуры Новосибирского научного центра, развитие цифровой экономики Новосибирской области,
21.09.2018 Сибирский репортер
Почему современным школьникам важно ориентироваться на рынке труда и всегда ли плохо, что в школе есть вторая смена?
20.09.2018 Газета Ведомости
В образе Буратино Алексей Толстой вывел великого русского поэта, убеждён историк литературы Валерий ШУБИНСКИЙ Жизнь писателя порой бывает настолько интересна сама по себе, что почитать о ней не менее интересно,
20.09.2018 Газета Ведомости
Консул Клаус Имме аккомпанировал себе на гитаре - НГС.Новости Консул Клаус Имме аккомпанировал себе на гитаре Консул Германии Клаус Имме выступил в необычной роли музыканта и певца — весь вечер он развлекал песнями публику,
23.09.2018 НГС.Новости
На площади перед Первомайским сквером водили хороводы и пели песни - НГС.Новости На площади перед Первомайским сквером водили хороводы и пели песни Сегодня в Первомайском сквере прошёл фестиваль славянской культуры «Родники» — желающим предложили различные славянские развлечения, а также мастер-классы.
23.09.2018 НГС.Новости
Полевая кухня настоящая, но неработающая. В «Потоке» она исполняет роль арт-объекта - НГС.Новости Полевая кухня настоящая, но неработающая. В «Потоке» она исполняет роль арт-объекта Лекторий-бар «Поток» в офисном комплексе «Сити Центр» вчера, 21 сентября, принял первых посетителей.
22.09.2018 НГС.Новости
Татьяна РЕШКЕ Фото Виктора Боровских Масштабный книжный форум собрал более 80 участников-экспонентов,
20.09.2018 Советская Сибирь
Писатель Андрей РУБАНОВ о новом реализме, «Патриоте» и Лимонове В этом году литературным хедлайнером фестиваля «Книжная Сибирь-2018» стал писатель Андрей Рубанов, считающий, что время постмодернизма уже в прошлом,
20.09.2018 Газета Ведомости
«Ведомости» побывали на уникальной выставке макетов архитектурных памятников Новосибирска и Санкт-Петербурга в ГПНТБ и узнали,
19.09.2018 Газета Ведомости
ПОЗДРАВЛЯЕМ! - БК Новосибирск Сегодня день рождения празднует тренер БК "Новосибирск", заслуженный тренер России Виктор Кухаренко.
23.09.2018 БК Новосибирск
Руководство отметило, что игроки находятся в плохой психологической форме и с этим надо бороться - НГС.Новости Руководство отметило, что игроки находятся в плохой психологической форме и с этим надо бороться Сегодня руководство ХК «Сибири» оценило прошедшие матчи и рассказало о дальнейшей стратегии — победы поможет достичь пос
23.09.2018 НГС.Новости
Как тысячи новосибирцев провели один из выходных — в фоторепортаже Валерия ПАНОВА   Не успел «отшуметь» Сибирский фестиваль бега,
18.09.2018 Газета Ведомости
Инна ВОЛОШИНА Фото с сайта nso.ru На Сахалине новосибирцы подтвердили высокий уровень подготовки профессиональных кадров в регионе Сборная Новосибирской области успешно выступила на чем­пионате «Молодые профессионалы».
19.09.2018 Советская Сибирь
Новосибирские легкоатлеты встретили «Золотую осень» на дистанции На лыжной базе имени Пелеганчука прошло открытое первенство города Новосибирска легкоатлетический кросс «Золотая осень» В мероприятии участвовало 164
19.09.2018 Газета Бумеранг
Матч 13-го тура Олимп-Первенства ФНЛ во Владивостоке между "Лучом" и "Сибирью" прошёл под проливным дождём на залитом водой поле и завершился поражением нашей команды с минимальным счётом 0:1.
23.09.2018 ФК Сибирь
На скамье подсудимых за хорошее знание науки и плохое – Уголовного кодекса оказался бывший сотрудник Института ядерной физики СО РАН: он добывал золото из раствора электролита, успел таким образом «намыть» 187 граммов.
23.09.2018 NSKTV.Ru