Создание, модификация и анализ материалов на кафедре физической электроники
На физическом факультете есть кафедра физической электроники. Физическая электроника — наука, которая изучает закономерности, связанные с движением носителей заряда в различных средах. Кафедра состоит из двух частей: одни научные группы исследуют явления, происходящие в плазменных средах, другие — взаимодействие заряженных частиц с поверхностью твердых тел и процессы, протекающие в этих телах. О группах, занимающихся твердотельной электроникой, расскажем в этой статье.
Электронная микроскопияВ лаборатории электронной микроскопии работают 6 человек. О работе лаборатории нам рассказал с.н.с. А.А. Татаринцев:
«Тематика работ нашей лаборатории делится на два направления: во-первых, это задачи связанные с исследованием и разработкой новых методов получения изображения для электронной микроскопии и разработкой новых детекторов (например, для количественного трехмерного восстановления изображений). Вторым направлением является изучение проблем, связанных с влиянием потоков электронов на мишень, а именно, исследование механизмов образования дефектов в материалах и процессов при зарядке диэлектриков потоками частиц».
Электронная микроскопия — глаза кафедры, и не только нашей.
В отличие от знакомого всем оптического микроскопа, электронный для создания изображений использует не свет, а электроны. Это позволяет увидеть мельчайшие детали наноструктур, рельефа поверхности, изменения состава исследуемых образцов. Микроскоп поточечно строит изображение, причем современные микроскопы достигают разрешения в десятки пикометров, то есть позволяют рассмотреть атомы. Прибор устроен следующим образом: сверху находится катод, формируется электронный пучок, затем элетромагнитные линзы собирают и формируют электронный зонд, который направляется на образец. Данный микроскоп может быть дополнен оригинальными модулями, разработанными в лаборатории — например, системой детекторов для трехмерного восстановления изображений или энергоспектрометром для измерения потенциала поверхности.
Ионно-пучковые нанотехнологииЛаборатория Ионно-пучковых нанотехнологий является частью объединённой лаборатории совместно с НИИЯФ МГУ и заводом «Тензор» в Дубне. Научной группой руководит заведующий кафедрой физической электроники, д.ф.-м.н., профессор В.С. Черныш.
Чем же занимаются в этой лаборатории?
Об этом нам рассказал с.н.с. А.Е. Иешкин.
«В практических приложениях ионные пучки используются для модификации и анализа поверхности. Модификация — это, например, имплантация ионов или ионное травление (основные процессы при создании современных процессоров), создание на поверхности нанорельефа, придание поверхности гидрофильных или гидрофобных свойств, повышение биосовместимости. Ионно-пучковые методы анализа позволяют определять структуру и состав образцов, обнаруживать мельчайшие концентрации примесей, или исследовать состав только верхнего слоя атомов мишени. В этом смысле им принадлежит набор рекордов».
Газовые кластерные ионы — новый объект исследований. Такой ион состоит из сотен или тысяч атомов газа, например, аргона. При его столкновении с поверхностью создаются экстремальные условия — температуры в десятки тысяч градусов, давления в сотни атмосфер. Эти ионы вызывают не только научный, но и практический интерес. Направленный их пучок может сделать поверхность атомарно гладкой, что очень важно для создания современных микросхем, лазерных зеркал, рентгеновской и космической оптики. Или, наоборот, он может создать на поверхности упорядоченный нанорельеф.
В лаборатории в 2011 году создали первый в России ускоритель кластерных ионов, сейчас ведутся работы над ускорителем нового поколения.
О научной группе «Физика углеродных наноструктур» нам рассказал с.н.с. О.А. Стрелецкий. Учёные в этой группе занимаются исследованиями по трём направлениям:
- Получение и исследование углеродных покрытий и композитов на их основе;
- Получение полупроводниковых и металлических наночастиц;
- Исследование свойств квазиодномерных наноструктур.
Углеродные покрытия имеют важное значение в медицинской физике. С их помощью устраняется негативное взаимодействие организма и импланта, импланту придаются биосовместимые и антибактериальные свойства.
«Второе направление — наночастицы, полупроводниковые и металлические. При уменьшении размеров частиц возникает эффект плазмонного резонанса, когда резонансно смещается электронный остов наночастиц при определённой длине волны падающего света. Этот эффект нашёл своё применение. Мы можем в миллионы или даже в 10^10 раз увеличивать чувствительность метода комбинационного рассеяния света — метода исследования состава и структуры веществ»
Также в лаборатории занимаются получением и исследованием низкоразмерных углеродных наноструктур:
«Алмазы и графит построены из одних и тех же атомов углерода, но с различной структурой (гибридизацией) атомных орбиталей: алмаз — трехмерная sp3 гибридизация, графит — двумерная sp2 гибридизация. Карбин построен на одномерной гибридизации sp1. его структура представлена в виде выстроенных в цепочки атомов углерода. Кристалл карбина получить очень сложно, мы делаем композитную структуру полииново-карбиновую и дальше находим её применение в различных областях. В прошлом году с дипломниками разрабатывали сенсоры. Существует тенденция, чтобы двигаться не в сторону кремниевой электроники, а в сторону углеродной. Конечно, будущее именно за новыми материалами с новыми свойствами».Перспективы работы на кафедре
Студенты могут активно включаться в работу кафедры уже с первого курса и участвовать в экспериментах, теоретических и компьютерных исследованиях, в создании приборов, существенная часть которых разрабатывается именно в данных лабораториях. Кафедра сотрудничает с разными лабораториями в разных странах (Финляндия, Китай, Италия). В России — со Сколтехом, институтами РАН, МИСиС, НИЯУ МИФИ и ФЭИ (Обнинск).
«Наши выпускники работают в разных сферах. Те, кто остались в науке, работают и в России, и за рубежом. Кто-то остаётся в науке, кто-то уходит в высокотехнологические коммерческие компании. Всё зависит от желания человека развиваться и выбранного им направления развития».
Узнать подробнее о кафедре можно на сайте: http://physelec.phys.msu.ru/
Связаться с А.Е. Иешкиным можно по почте: ieshkin@physics.msu.ru
Куратор нового набора Д.С. Киреев: dmtr.kireeff6497@yandex.ru