Учиться у природы

О том, какие исследования сегодня ведутся в лаборатории наноразмерных активных сред и материалов ЮНЦ РАН, накануне Дня российской науки рассказал Анатолий Павленко, ведущий научный сотрудник центра.

Справка. Павленко Анатолий Владимирович, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией наноразмерных активных сред и материалов ЮНЦ РАН. Сфера научных интересов — синтез и изучение физических свойств многофункциональных материалов (в том числе, и бессвинцовых), которые могут стать основой новых устройств микроэлектроники, сенсорной и СВЧ-техники

Необходимо отечественное

По словам Анатолия Владимировича, в лаборатории идет работа над разработкой новых функциональных материалов, которые могут быть использованы в современной электронике: благодаря этим материалам могут быть созданы принципиально новые датчики и преобразователи. Но эта одна сторона дела.
С другой стороны, говорит Павленко, мы должны создать эти материалы на базе технологий российского производства. Также отечественными должны быть и сырьевые компоненты, и методы их приготовления. Как понятно, речь идет об импортозамещении.
— Мы продолжаем то, что уже было сделано в этой области: в Ростове-на-Дону, в частности, в ЮНЦ РАН и в Институте физики ЮФУ более 40 лет занимаются разработкой новых материалов и за это время были созданы тысячи их композиций, часть — успешно внедрены, — рассказывает Анатолий Павленко. — Наша лаборатория занимается узким сегментом — изготовлением материалов в виде наноразмерных пленок. Метод, который мы используем, разработан нашими старшими коллегами именно в Ростове-на-Дону. А мы нашли способ его применения и развития для получения новых материалов, которые раньше в виде пленок не получали.

Кстати. Наноразмерные пленки могут иметь толщину до нескольких нанометров, обладая большой концентрацией наноразмерных элементов, однородно распределенных по всей площади пленки.

Когда 1 + 1 не равняется 2

— Однако задача, которую мы поставили сами себе, оказалась более сложной, — продолжает рассказ Анатолий Владимирович и приводит пример: в простой арифметике один плюс один равняется двум. А в нашем случае, говорит Павленко, мы можем брать два разных по химическим составам материала и, напылив их на подложку в разной последовательности, получить материалы, по свойствам отличающиеся принципиально.
Еще один важный момент: в связи с тем, что исследователи имеют дело с объектами наноразмерного масштаба, свойства каждого материала зависят и от толщины самой пленки. Это называется «размерный эффект». Однако каким он будет с физической точки зрения, предсказать сложно.
Одни из материалов, с которыми имеет дело Анатолий и его команда, называются сегнетоэлектрики.

Сегнетоэлектрики — это диэлектрики, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой меняется под внешним воздействием.

Французы — позади

Речь о многокомпонентных соединениях со структурой тетрагональной вольфрамовой бронзы. У исследователей возникла идея: если кристаллический каркас двух соединений идентичен, а состав отличается несколькими компонентами, то, скомпануя их в единое целое, не получатся ли материалы с гораздо лучшими свойствами (лучшими для будущих датчиков) — то есть, тот самый вариант, когда 1 + 1 равняется вовсе не 2-м. Так и получилось и к решению глобальной задачи материаловедения — созданию веществ для более чувствительных датчиков — был сделан еще один шаг.
— Конкуренция в этой области большая, так как применение этих материалов есть не только в сфере создания новых, более чувствительных датчиков, но и во многих отраслях, — утверждает Анатолий Павленко.
Ростовские исследователи опередили своих конкурентов из Канады, Индии и Франции, которые также работают с указанными выше соединениями.
Сейчас для этих исследований ростовчанами получен грант Российского научного фонда. Имеется большая поддержка от руководства ЮНЦ РАН и ЮФУ. В группе над этой проблемой работают шесть молодых сотрудников до 35 лет, три из которых — аспиранты, которые с одной стороны изучают структуру материалов, их микро- и наностроение, с другой стороны — оптические и электрофизические свойства, изучают, как влияет температура, электрическое и магнитное поле на эти же параметры, то есть, задачу решают многопараметрическую. Поэтому одни исследования проходят в Ростове, другие — у коллег в Москве, но все — в России.
А если уж точно, то постановка задачи звучит так: впервые установить закономерности проявления размерных эффектов и формирования свойств в гетероструктурах на основе ниобатов бария и стронция, выявить особенности их синтеза и роста, реализуемые фазовые состояния и фазовые превращения, новые физические свойства, которые позволят в дальнейшем применять их в новых устройствах функциональной электроники с адаптивной функциональностью, в микроэлектромеханических системах и элементах памяти. Кстати, в новых моделях телефонов — в том числе.
В России в последние годы микроэлектроника вследствие санкционной политики Запада развивается бурно. Мы и хотим на выходе предложить материалы, говорит Анатолий Павленко, которые позволят делать новые датчики и сенсоры российского производства. И мы не будем зависеть от зарубежных поставщиков.
Даже подложки, которые используются для напыления пленок (две из трех) — и те российского производства.

А в глобальном масштабе

Импортозамещение — оно, конечно, хорошо, но вот как определяет необходимость появления гораздо более чувствительных новых датчиков доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией физики сегнетоэлектрических пленок Южного научного центра РАН Владимир Мухортов:
— Очередная, шестая по счету, научно-техническая революция закончилась созданием всемирной информационной системы. Программа следующей НТР всемирным сообществом ученых уже составлена на ближайшие 20 лет. Ее цель — познать среду, созданную людьми, и среду, которую мы называем природой, с тем, чтобы жить с ней в гармонии. Для выполнения этой задачи необходим мониторинг, который предполагает измерение химических, физических и, скажем так, общественных величин, которые эти среды характеризуют. Для этого требуются разнообразные датчики, причем их огромное количество. А чтобы они поставляли нам нужную информацию, они должны улавливать информацию не хуже тех, что существуют в природе.
Пример «тех, что существуют в природе», доктор физико-математических наук привел следующий: бежит по лесной поляне сороконожка женского пола, а представитель мужской особи сороконожек, чувствуя колебание почвы, «слышит топот» ее ножек за 150 метров….