Кристаллы сегодня используются для создания многих высокоточных приборов, поэтому ученые стремятся улучшить их характеристики и усовершенствовать методы роста. За работу в этой области специалист Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН получил президентскую премию в области науки и инновации для молодых ученых.

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.

Константин Кох получил премию "за развитие методов получения халькогенидных соединений и создание функциональных кристаллов для высокотехнологичных устройств".

Существует масса широко известных способов создавать кристаллы. Старший научный сотрудник Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Константин Кох сумел усовершенствовать один из них - метод Бриджмена.

- Представьте стакан с кофе, который вынесли на мороз, - говорит ученый. - Жидкость в нем начнет замерзать с краев, а центр кристаллизуется 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 Констатина Коха заключается в том, чтобы в методе 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.

Помимо работ над модифицированным методом, исследования Константина Коха посвящены улучшению свойств кристаллов за счет допирования - внедрения примесей. Например, существует селенид галлия (GaSe) - широко известное соединение с интересными оптическими свойствами, которое открыли еще в прошлом веке. Но есть проблема: GaSe 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 ИГМ 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 GaSe 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 ТГц пока не позволяет использовать его повсеместно. Существует несколько способов использовать эти кристаллы для генерации и детектирования терагерцового излучения. Например, на них можно воздействовать фемтосекундным лазером (то есть лазером с ультракороткими импульсами) - из-за этого в кристаллах возбуждается носители заряда, которые при релаксации генерируют излучение.

Другая 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 ИМГ 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.

Кристаллы Коха: новосибирский учёный получил премию от Путина

Похожие новости

  • 16/11/2017

    Академику Николаю Соболеву присвоили звание члена Национальной академии наук Италии

    ​Профессор НГУ стал первым иностранным членом Национальной академии наук Италии из России за последние 25 лет. Торжественная церемония состоялась в Риме 10 ноября. Николай Соболев - академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, главный редактор журнала "Геология и геофизика", профессор кафедры общей и региональной геологии ГГФ НГУ, член Европейской академии, иностранный член Национальной академии наук США, иностранный член Национальной академии наук Италии, вице-президент Международной минералогической ассоциации.
    624
  • 08/02/2018

    Создатель кристаллов Константин Кох получил президентскую награду из первых рук

    ​​В Доме ученых Сибирского отделения РАН Владимир Владимирович Путин вручил премии Президента РФ для молодых ученых в области науки и инноваций.  Один из трех награжденных ― кандидат геолого-минералогических наук Константин Александрович Кох из Института геологии и минералогии имени Соболева СО РАН.
    921
  • 05/02/2018

    Названы лауреаты премии Президента России в области науки и инноваций для молодых ученых

    ​Трое молодых российских ученых, работающих в разных областях науки — от истории до нанотехнологий, стали лауреатами премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2017 год.
    851
  • 22/11/2016

    Владимир Городецкий вручил награды заслуженным новосибирцам

    ​18 ноября государственные награды Российской Федерации и поощрения Президента вручили выдающимся новосибирцам за достижения в сфере науки и образования, здравоохранения, дорожного строительства, культуры, промышленности, сельского хозяйства, энергетики и спорта.
    858
  • 26/10/2016

    Николай Похиленко: Арктика как стратегический резерв

    Могли ли мы в эпоху телеграфа, «Книги – почтой» и целлулоидной пленки представить себе Интернет? Воображение способно нарисовать не всякую технологию будущего. Но сырье для них уже сегодня необходимо искать в арктическом поясе России, уверен директор Института геологии и минералогии СО РАН им.
    1227
  • 25/10/2016

    Журнал «Геология и геофизика» выбрал новую статью месяца

    ​Журнал «Геология и геофизика» выбрал новую статью месяца. Ей стала работа «Геологическое строение, рельеф и неотектоника Чулышманского нагорья (Горный Алтай)». Материал опубликован в разделе «Тектоника и геодинамика».
    1431
  • 12/03/2018

    Снег помог ученым оценить качество воздуха в Новосибирске

    ​Специалисты Института геологии и минералогии СО РАН и Института ядерной физики имени Будкера СО РАН проанализировали элементный состав твердых осадков снежного покрова в парковых зонах Новосибирска и его окрестностях.
    532
  • 14/03/2016

    Карьера начинается с Арктики

    ​Магистрант геолого-геофизического факультета НГУ Андрей Картозия уверен, что прошедший Молодежный форум «Арктика. Сделано в России» станет трамплином для его профессиональной карьеры. Андрей работает инженером в лаборатории геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Института геологии и минералогии В.
    2415
  • 12/07/2017

    Сибирские ученые начали поиск новых месторождений алмазов в Архангельской области

    ​Ученые Института геологии и минералогии (ИГМ) Сибирского отделения (СО РАН) при поддержке Российского научного фонда (РНФ) начали масштабное исследование минералов для поиска новых алмазных месторождений в Архангельской области.
    1116
  • 29/11/2016

    СО РАН: курс на четверть века

    ​Холдинг "Росгеология" обратился в институты Сибирского и Дальневосточного отделений РАН за содействием в создании Стратегии развития минерально-сырьевой базы РФ до 2030 года. Как рассказал директор Института геологии и минералогии им.
    1188