В Крымском федеральном университете им. В. И. Вернадского презентовали инновационные научные разработки в области физики. Учёные вуза продемонстрировали результаты многолетних исследований кристаллов бората железа, а также новые достижения в создании материалов для квантовых компьютеров и систем связи нового поколения.
Кристаллы бората железа выращивают в лаборатории с помощью специальной технологии. Материал имеет уникальные магнитные, магнитоакустические, магнитооптические, резонансные и другие свойства. Это прозрачный магнетик, который сочетает в себе намагниченность и высокую прозрачность, что позволяет рассматривать этот материал не только как наукоёмкий, но и как уникальный объект для применения в высокотехнологичных устройствах.
«Представьте себе бутылочное стекло – зелёное, прозрачное. Кристаллы похожи на это бутылочное стекло, только они тянутся к магниту. Мы выращиваем прозрачные магниты. Они очень востребованы из-за своих уникальных свойств. Благодаря тому, что кристаллы очень наукоёмкие, они интересны, например, в качестве датчиков слабых магнитных полей, даже сверхслабых. С их помощью можно регистрировать сверхслабые магнитные поля. Такая деятельность востребована и для науки, и особенно для медицины. С их помощью можно записывать магнитные поля, создаваемые сердцем, мозгом, и получать дополнительную информацию к той, которую получают, когда исследуют электроэнцефалограмму, электрокардиограмму», – объяснил заведующий кафедрой физики конденсированных сред, физических методов и информационных технологий в медицине Физико-технического института КФУ Марк Стругацкий.
Разработки уже нашли применение в качестве уникальных синхронаторов для источников синхротронного излучения. Эти установки, по сути, являющиеся ускорителями электронов (коллайдерами), критически важны для развития современного материаловедения, медицины и фундаментальной науки.
Учёные также рассказали о работе по созданию эпитаксиальных плёнок ферритов-гранатов. Эти материалы востребованы в СВЧ-электронике, магнитометрии, а также могут использоваться в морской связи и навигации.
«Мы занимаемся эпитаксиальным выращиванием магнитных плёнок. Эпитаксия – это греческое слово, означающее «продолжение». В данном случае действительно наши плёнки являются продолжением кристаллической структуры подложки. Подложка нужна, для того чтобы, во-первых, создать условия роста, она является центром роста, и в то же время подложка выполняет функцию стабилизации параметров – параметра решётки и кристаллической структуры, создаёт ориентацию структуры и таким образом обеспечивает в конечном итоге качество нашего слоя», – рассказал о своей деятельности директор Научно-исследовательского центра «Функциональных материалов и нанотехнологий» Физико-технического института КФУ Пётр Ветошко.
Плёнки выращивают на основе идеально ровных кристаллов при температуре свыше тысячи градусов.
«У нас есть тигель, в который помещается смесь веществ, которая нагревается до температуры плавления. После в этот расплав погружается подложка, так называемая затравка, на которой будут выращиваться новые слои. Эти новые слои будут повторять кристаллическую структуру подложки с атомной точностью. Здесь важен контроль температуры и чистота используемых веществ», – добавил ведущий инженер Научно-исследовательского центра «Функциональных материалов и нанотехнологий» Физико-технического института КФУ Егор Павлюк.
Главный мировой тренд, в который включились и крымские исследователи, – это применение данных материалов в криомагнонике для создания элементной базы квантовых компьютеров.
«Другая область применения, которую мы тоже сейчас разрабатываем активно, – это криогенная техника. Эти магнитные возбуждения в наших плёнках, так называемые магноны, представляют интерес для квантовых устройств и могут применяться в квантовых компьютерах и в системах квантовых вычислений. Здесь мы сейчас разрабатываем материалы, которые работоспособны на этих температурах и показывают нужные свойства. И, пожалуй, мы сейчас единственные, у кого получаются такие плёнки. Это подтверждено не только нашим исследованием, но и независимыми мировыми исследованиями», – пояснил Пётр Ветошко.
Кроме того, учёные совместно с Российским Квантовым Центром участвуют в создании магнитокардиографов. Это устройство для визуализации магнитного поля, создаваемого человеческим сердцем.
Важное место в презентации заняли результаты работы кафедры радиофизики и электроники. Научные исследования здесь сосредоточены на изучении физических явлений в сложносоставных комбинированных средах и метаструктурных покрытиях при их взаимодействии с электромагнитными волнами сверхвысокочастотного диапазона.
«Мы сейчас занимаемся разработкой двухмерных матриц, то есть антенны. Обычно антенны, если вы посмотрите на наши станции мобильной связи, представляют собой рупоры. А антенны нового поколения для 5G- и 6G-систем связи подразумевают матричную прямоугольную систему, которая могла бы определять каждого абонента и каждому абоненту нести информацию индивидуально. Эти системы «умны». Они, естественно, умеют «думать», а «думают» они при помощи современной электроники. Это микросхемы, то есть процессоры, контроллеры. И вторая часть этой умной системы – это, конечно, разработка электронных систем, которые бы могли управлять этими антеннами. Здесь особенность на основе не просто обычных микросхем, а использования органических материалов, которые максимально близки к человеческому строению», – поделился заведующий кафедрой радиофизики и электроники Физико-технического института КФУ Алим Мазинов.
Полученные знания ложатся в основу создания перспективных мобильных систем связи и компьютерных сетей нового поколения. Разрабатываемые модели нелинейной дифракции на металлодиэлектрических структурах и резонаторные измерительные преобразователи открывают новые возможности для эффективного управления информационными потоками в компьютерных сетях.
Текст: Нина Келле
Фото: Ярослав Остаповец
Пресс-служба КФУ
