Южноуральский ученый разработал уникальный проект по созданию новых монокристаллов

Денис Винник, заведующий Лабораторией роста кристаллов Южно-Уральского государственного университета, работает над проектом по созданию монокристаллов на основе гексаферрита бария. Уникальный материал будет востребован в промышленности не только в нашей стране, но и во всем мире. Ученому уже удалось совместить теоретическое моделирование и экспериментальное исследование возможности создания реального материала, а также изучить его структуру и уникальные свойства.

В конце 2016 года были оглашены результаты конкурса, проведенного в рамках мероприятия "Поддержка молодой науки" программы повышения конкурентоспособности. Участниками стали ученые в возрасте до 35 лет. Важной особенностью конкурса стало привлечение внешних экспертов для подведения оценки представленных заявок. Полученные в рамках реализации проектов результаты в течение одного года должны быть опубликованы в ведущих научных изданиях, индексируемых в международных базах данных Scopus и Web оf Science (две основные мировые системы, которые накапливают информацию обо всех значимых научных достижениях).

К участию в конкурсе были допущены 62 заявки, в число победителей вошел 31 проект. По итогам оценки внешними экспертами наиболее высокое количество баллов набрал проект, посвященный получению новых материалов для электроники. Автор проекта - кандидат технических наук Денис Винник.

Проект ученого направлен на разработку физико-химических основ получения монокристаллов на основе гексаферрита бария с оптимизированными под задачи конкретных устройств электроники свойствами.

Монокристалл представляет собой однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решетку. Монокристалл обладает меньшей плотностью дефектов. Современная техника и промышленность нуждается в широком наборе свойств искусственно выращенных кристаллов. В частности, одной из задач научного направления молодого ученого является повышение резонансных частот монокристаллов феррита бария, что может найти применение в устройствах электроники высоких частот с рабочей частотой до 100 ГГц.

"Создание новых кристаллических структур на основе гексаферрита бария с модифицированными свойствами является с одной стороны фундаментальной задачей создания новых материалов и исследования их структуры и свойств, а с другой стороны, результаты этой работы имеют потенциал применения в конкретных устройствах электроники. Используя в качестве исходного материала монокристаллы необходимого химического состава могут быть созданы уникальные устройства, в которых невозможно применение более традиционных материалов. Путем целенаправленного изменения на атомарном уровне структуры кристалла возможно контролируемое радикальное изменение свойств исходного материала. Отдельные характеристики материала будут отличаться в разы. Так, путем частичного замещения железа алюминием возможно создавать материалы для устройств КВЧ электроники на диапазонах до 100 ГГц и выше, что востребовано, например, в средствах космической связи. Частичное замещение железа титаном приводит к снижению частот резонанса, повышает коэффициент поглощение материала, что позволяет применять его для создания радиопоглощающих покрытиях", - комментирует молодой ученый.

Группой ученых ЮУрГУ был проведен ряд работ по внедрению и других атомов. Тем самым проведено исследование влияния различных вариантов модифицирования структуры на свойства монокристаллов. Ученые исследовали влияние порядка 10 элементов на свойства конечного материала. Новизна заключается в исследовании влияния частично замещения атомов железа. При этом кристаллическая решетка не должна изменить свой тип.

Денис Винник отметил, что на текущий момент данное направление находится в общем тренде развития мировой науки, но большинство ученых работают над получением поликристаллов - нано и микропорошков таких материалов. Эти методики менее энерго и трудозатратные. Однако монокристаллы интересны промышленности тем, что способны обеспечить высокий уровень качества конечного продукта, имеют более широкий спектр применения и меньшее  количество дефектов. Подобные объемные монокристаллические структуры гексаферритов со значительной степенью замещения атомов железа, например, алюминием, созданы только в ЮУрГУ.

"Наша лаборатория в своей работе реализует междисциплинарный подход к проведению исследований. В наших проектах мы проводим разработки теоретических основ технологии получения монокристаллов, реализуем на их основе выращивание этих материалов, комплексное исследование структуры и свойств материалов для подтверждения применимости наших монокристаллов в конкретных устройствах электроники, а также стремимся разрабатывать макеты устройств на основе  наших материалов. Для реализации всех перечисленных этапов проектов мы развиваем взаимодействие внутри ЮУрГУ, а также внешние коллаборации с ведущими мировыми учеными в области получения и исследования материалов. Поскольку удается выстраивать партнерское взаимодействие с такими научными центрами, то можно утверждать, что наши монокристаллы достойно выдерживают конкуренцию на мировом рынке научных исследований", - говорит Денис Александрович.

О международном уровне полученных результатов свидетельствует успешное участие в конкурсах Российского фонда фундаментальных исследований, а также высокий уровень публикаций коллектива в журналах, входящих в Топ-10 и Топ25 (Elsevier: Ceramics International, Alloys and compounds. American ceramic society: Crystal growth and design, Journal of physical chemistry, Journal of inorganic chemistry), а также издания МАИК - Доклады академии наук, серии Физическая химия и Физика.