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
Новосибирская область продолжит активно создавать новые места в школах и детских садах - Сибирский репортер На еженедельном оперативном совещании под руководством Губернатора Андрея Травникова с докладом о мерах по созданию в регионе новых мест в организациях общего и дошкольного образования выступил министр образования Новоси
10.12.2018
Сегодня на 77-м году жизни скончался заслуженный деятель искусств РФ, музыковед, доктор искусствоведения, член-корреспондент Сибирской академии наук высшей школы Борис Александрович Шиндин.
10.12.2018
Открыть оригинальное изображение - Правительство Новосибирской области На еженедельном оперативном совещании под руководством Губернатора Андрея Травникова с докладом о мерах по созданию в регионе новых мест в организациях общего и дошкольного образования выступил министр образования Новоси
10.12.2018 Правительство Новосибирской области
Кафедра Строительных материалов, стандартизации и сертификации НГАСУ (Сибстрин) отметила юбилей – 85 лет - НГАСУ Кафедра Строительных материалов, стандартизации и сертификации НГАСУ (Сибстрин) отметила юбилей – 85 лет  7 декабря 2018 в лабораторном корпусе НГАСУ (Сибстрин) прошло праздничное мероприятие,
10.12.2018 НГАСУ
На еженедельном оперативном совещании под руководством Губернатора Андрея Травникова с докладом о мерах по созданию в регионе новых мест в организациях общего и дошкольного образования выступил министр образования Новоси
10.12.2018 Сибирский репортер
В школах сотрудниками следственного управления проведены Уроки мужества в память Ивана Крапивина - Следственный комитет Сегодня представители следственного управления СК России по Новосибирской области в школах города Новосибирска и Новосибирской области провели Уроки мужества среди учащихся.
10.12.2018 Следственный комитет
Питерских учителей обвиняют в производстве амфетамина. Двум бывшим учителям химии и физики из Санкт-Петербурга предъявили обвинения в производстве и последующем сбыте амфетамина в крупном размере.
10.12.2018 Газета Эпиграф
Светлана ФРОЛОВА Фото с сайта nso.ru В Новосибирской области станет больше зрителей и слушателей В правительстве региона на отраслевой совет при губернаторе представители театров,
07.12.2018 Советская Сибирь
«Сибирь» одержала сухую победу над соперниками из Магнитогорска - НГС.Новости «Сибирь» одержала сухую победу над соперниками из Магнитогорска Континентальная хоккейная лига составила список лучших событий прошедшей недели — в топ вошёл «сухарь» вратаря новосибирского ХК «Сибирь» Алексея Красико
11.12.2018 НГС.Новости
Открыть оригинальное изображение - Департамент физкультуры и спорта I зимние Международные спортивные игры «Дети Азии» пройдут в Южно-Сахалинске с 8 по 17 февраля 2019 года.
10.12.2018 Департамент физкультуры и спорта
Лучшие юные спортсмены Новосибирской области — 37 человек — войдут в сборную Сибирского федерального округа и будут представлять наш регион и Сибирь на I зимних международных спортивных играх «Дети Азии».
10.12.2018 Сибирский репортер
Открыть оригинальное изображение - Департамент физкультуры и спорта I зимние Международные спортивные игры «Дети Азии» пройдут в Южно-Сахалинске с 8 по 17 февраля 2019 года.
10.12.2018 Департамент физкультуры и спорта
Сразу несколько наездов на пешеходов произошло в Новосибирской области. Все случаи объединяет то, что водители - виновники ДТП, с места происшествия скрылись.
10.12.2018 49 канал Новосибирск
Автор:  Редактор, фото Галины Жильцовой Спецоперация направлена на снижение дорожных происшествий За 11 месяцев 2018 года на территории Новосибирской области зарегистрировано 2251 дорожно-транспортное происшествие,
10.12.2018 Бердск-Онлайн.Ru