Сегодня - 22.10.2019

Для науки пол не важен

07 марта 2014

Накануне 8 марта мы встретились с тремя женщинами  - докторами физико-математических наук, которые своим примером доказывают, что стереотип о малочисленности и невысоких успехах женщин в точных науках не имеет никакого отношения к реальности.

Все наши героини работают в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова, но занимаются абсолютно разными тематиками.
Наталья Рубцова
Заведующая лабораторией лазерной спектроскопии и лазерных технологий Наталья Николаевна Рубцова исследует эффекты, которые сопровождают фотонное эхо. В перспективе эти наработки можно будет применить для увеличения скорости записи и считывания информации.

— Каждый из нас знает, что такое акустическое эхо, но фотонное (световое) эхо — это совершенно иное явление: представим, что на какую-то среду сначала действует один импульс резонансного излучения, а затем через некоторое время — второй, а после этого через время, равное промежутку между этими двумя событиями, среда отвечает коротким импульсом когерентного излучения. Есть очень хорошее объяснение для широкой публики, придуманное американскими исследователями: вообразим себе, что у нас есть стадион, где будут состязаться бегуны. В начальный момент времени все выстроились на стартовой линии, и  после сигнала сначала они бегут плечо в плечо, но потом мы видим, что у каждого— своя скорость, они как бы «размазались» по стадиону. Потом звучит второй выстрел из пистолета: бегуны поворачиваются на 180 градусов и продолжают бежать. В результате через время, равное задержке между выстрелами, все спортсмены соберутся на старте. Нечто такое происходит с фазами атомов и молекул в теле. Импульс, который испускает среда, позволяет исследователям понять, что происходит внутри неё между двумя «раздражителями».

Основная ценность подобного рода исследований — фундаментальная. Однако есть и прикладная. Фотонное эхо обладает способностью записывать и считывать информацию, и изучение его свойств, например, поляризации, позволит в перспективе повысить скорость обработки данных в тех же компьютерах.

— Существуют чрезвычайно интересные, новые объекты исследования, которые можно назвать искусственными атомами. Для их изучения требуются фемтосекундрные лазеры. Они обладают очень важным свойством самосинхронизации, но для этого необходимо специальное устройство — зеркало с насыщающим поглощением. Конструкция такого отражателя была рассчитана в нашей лаборатории, а выращена — в соседней. Дальнейшие работы также связаны с разработкой элементов, которые могли бы найти применение в реально работающих лазерах.
Ирина Антонова
Ведущий сотрудник лаборатории физики и технологий трехмерных наноструктур Ирина Вениаминовна Антонова занимается темой, которая сейчас на слуху — графен. Несмотря на перспективность этого материала, разработка его модификаций для практического применения находится сейчас на стадии исследований.

Графен— это монослой атомов углерода, толщиной менее одного нанометра, физиков в нём инетересует сочетание очень высокой проводимости и высокой же подвижности носителей с хорошими оптическими и механическими свойствами: прозрачностью, прочностью и так далее.

Основное  и наиболее перспективное прикладное приложение графена— создание гетероструктур: когда из слоев разных материалов собирается одна структура, обладающая  определенными физическими свойствами и работающая, как прибор. Например, фотодетектор можно сделать из двух пленок графена и нескольких других материалов. Толщина готового образца — около двух- четырех нанометров.

— Естественно, возникает желание попробовать новые принципы организации приборов. В современной электронике разные элементы располагаются на одной поверхности рядом друг с другом, образуя интегральную схему. Графен позволяет собрать такую схемув вертикальном положении, то есть послойно. Это даст существенный прогресс с точки зрения миниатюризации.

Однако пока ученые могут собирать гетероструктуры только вручную из маленьких кусочков, и назвать это технологией нельзя, скорее — искусство.

— Когда вы пытаетесь создавать слои с разными свойствами, есть два подхода: можно брать разные материалы, а можно — менять свойства графена за счет  взаимодействия с теми или иными веществами. Это называется химическая функционализация графена. Мы пытаемся создавать слои с самыми разными свойствами и потом использовать их для формирования приборных структур.

Причем наиболее перспективным с этой точки зрения представляется не графен, а мультиграфен, то есть несколько пленок, наслоенных друг на друга. Можно за счет определенных манипуляций верхний слой превратить, например, в диэлектрик, а затем соскоблить эту пленочку и получить обычный графен.

— Это вещество не может существовать само по себе, его обязательно нужно положить на какую-то подложку. Самая удобная — окисленный кремний. Но как только мы это сделали, подвижность носителей в графене снизилась в 2-3 раза. Причина простая: заряды, которые присутствуют в диэлектрике, велики для монослоя. Подход, который используем мы, позволяет создавать подложки, которые обеспечивают как раз высокую подвижность носителей в графене, и они технологичны: из них реально можно пытаться изготавливать приборные структуры.
Ольга Наумова
Испольняющая обязанности заведующей лаборатории технологии кремниевой микроэлектроники Ольга Викторовна Наумова занимается собственно тем, что отражено в названии института— исследует процессы полупроводников на поверхности на границе разделов полупроводник-диэлектрик. Если говорить в общем, то именно такие исследования сделали возможным сотовые телефоны и планшеты, которыми мы сейчас активно пользуемся.

—  Все они работают на кремниевых транзисторах, и чтобы представить, какой путь прошел этот прибор, можно сравнить его с человеческим волосом: 10 лет назад он был меньше последнего в 10 раз, сейчас — в 10 000 раз. Размеры современных транзисторов находятся на уровне нескольких молекул белка. И произошло это именно благодаря тому, что были приложены большие усилия для исследования свойств полупроводника и границы раздела, а также люди научились надежно защищать поверхность прибора, чтобы создать стабильные характеристики.

Другое поле применения кремниевых транзисторов — сенсорные системы: датчики давления, фотоприемники и биохимические сенсоры. В них используется открытая поверхность и такое свойство этого кремния, как изменение состояния, оптических, механических и других свойств, когда на поверхность «садится» какая-либо частица.

— Интерес к сенсорам возник в результате человеческого любопытства. В начале 2000-х была проведена расшифровка генома человека. Мне нравится метафора, которая описывает его, как открытую книгу, где нам известны буквы, слова и предложения, но непонятен смысл, скрытый за ними. Поэтому было принято решение расшифровать функции белков, кодирующие гены. Но это — порядка 5 млн. единиц, и обработать такую информацию даже усилиями всех ученых одной страны невозможно, поэтому ученое сообщество разделило процесс между государствами. Россия ответственна за 17-ю хромосому.  Эта задача потребовала создания приборов нового поколения, позволяющих получать информацию с массива элементов и уметь обрабатывать её. Появились устройства на основе нанопор, квантовых точек, нанопроволок. Последние   особенно интересны, потому что позволяют создавать инструменты, которые могли бы быть уже запущены в промышленное производство. В конце концов мы хотим создать прибор в форме сотового телефона или флешки, но это будет настоящая микролаборатория в домашних условиях.

Подготовила Юлия Позднякова

Фото автора

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (2 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus