Главное

Подробности

Опубликовано 09.10.2024 14:26

С лазерной точностью

С 23 по 27 сентября во Владивостоке на площадке кампуса ДВФУ состоялась 31 международная конференция Advanced Laser Tech­nologies (ALT­24), собравшая около 350 российских и иностранных исследователей в области фотоники и лазерных технологий. С докладами выступили учёные из ведущих научных институтов и университетов России, Азербайджана, Белоруссии, Туркменистана, Армении, Узбекистана, Азербайджана, Китая и Тайваня.

Среди организаторов мероприятия – Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Дальневосточное отделение РАН, Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Институт спектроскопии РАН, ДВФУ.

Руководитель Центра естественно-­научных исследований ИОФ РАН, представитель программного комитета мероприятия академик РАН Виталий Иванович Конов отметил возросший в этом году интерес: по сравнению с предыдущим годом число участников выросло практически на треть, более того – среди них много молодых. Это даёт надежду, что направление станет развиваться ещё активнее.

Открывая конференцию, вице-­президент РАН, председатель ДВО РАН академик РАН Юрий Николаевич Кульчин напомнил: она была учреждена лауреатом Нобелевской премии Александром Михайловичем Прохоровым, и впервые состоялась в 1993 году. Председатель конференции много лет подряд – научный руководитель ИОФ РАН академик Иван Александрович Щербаков.

– Есть две основных идеи этого международного мероприятия. Во-­первых, оно объединяет доклады по фундаментальным и инженерно­-технологическим аспектам исследований лазерных технологий, а также их применению в различных областях. Во-­вторых, каждый год ALT проходит в новой стране или городе России, что даёт уникальную смесь специалистов из разных территорий, позволяет устанавливать новые личные контакты, создаёт условия для обмена научными данными и идеями между различными научными школами, – подчеркнул председатель ДВО РАН.

У ALT-­2024 была ещё одна особенность – в её рамках прошла 22­я Азиатско-­Тихоокеанская конференция по фундаментальным проблемам опто­ и микроэлектроники (APCOM’24). Эта международная научная конференция в своё время возникла во Владивостоке с подачи Ю.Н. Кульчина.

Перовскиты и плазмоны

По словам В.И. Конова, пленарные доклады конференции представили общую картину по самым современным научным тенденциям. Одна из них – всестороннее изучение оптических свойств галогенидных перовскитов – перспективных материалов для оптоэлектроники будущего, которые могут стать основой посткремниевой экономки.

С пленарными докладами на эту тему выступали китайский учёный Хайчжэн Чжун (Haizheng ZHONG, Beijing Institute of Technology) и представитель Санкт-­Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), д.ф.­м.н. Сергей Владимирович Макаров, учёный, который в 2019 году стал лауреатом премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых учёных.

Макаров подчеркнул, что в последнее время, галогенидные перовскиты привлекли огромное внимание благодаря своим исключительным оптическим и электрическим свойствам, пригодным для различных опто­электронных устройств. Это семейство материалов может выступить в качестве перспективной платформы для современной нанофотоники и мета­оптики, позволяющей преодолеть множество препятствий, связанных с использованием обычных полупроводниковых материалов. В контексте использования передовых лазерных технологий, в докладе также обсуждался потенциал фемтосекундной лазерной абляции как перспективного технологического способа обработки перовскитов для задач солнечной энергетики, а также создания на основе таких материалов микроразмерных светоизлучающих устройств и фотодетекторов.

– Перовскитным солнечным элементам понадобилось чуть более 10 лет, чтобы обогнать по эффективности лучшие коммерческие кремниевые элементы, и их потенциал до конца до сих пор не раскрыт. Наша группа продолжает исследования в направлении развития лазерных технологий обработки перовскитных материалов, – рассказал руководитель лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики ИАПУ ДВО РАН к.ф.­м.н. Александр Андреевич Кучмижак, добавив, что учёные из ИАПУ ДВО РАН на протяжении последних пяти лет работают с группой, которой руководит Сергей Макаров. – В этом году сотрудник нашей лаборатории Алексей Юрьевич Жижченко получил грант Российского научного фонда на развитие методов лазерной обработки перовскитов. Это специфичный материал, для него не подходят стандартные методы литографии, в то время как импульсное лазерное излучение хорошо зарекомендовало себя в качестве инструмента прецизионной «нарезки» перовскитов. В последние пять лет материалы о разработке лазерных технологий для обработки перовскитов публикуются в научных журналах самого высокого уровня, что свидетельствует о высоком интересе к данной теме со стороны научного сообщества, – подчеркнул он.

Стоит отметить, что учёные ИАПУ ДВО РАН приняли в конференции значительное участие. По словам директора института члена­-корреспондента РАН Романа Владимировича Ромашко, результаты, полученные учёными института, были представлены на различных секциях конференции. В основном они касаются развития лазерных технологий, создания новых материалов и сенсорных структур, модификаций поверхности конструкционных материалов с помощью лазеров, восстановления покрытий, применения лазеров для акустических измерений.

Так, А.А. Кучмижак выступал на конференции с приглашённым докладом на тему использования лазерных технологий для изготовления функциональных плазмонных наноструктур для управления излучением квантовых точек теллурида ртути.

– Квантовые точки – это нанокристаллы полупроводниковых материалов размером в несколько нанометров, при которых проявляются уникальные оптические свойства, например, способность излучать и поглощать свет на определённых длинах волн. Нанокристаллы теллурида ртути демонстрируют спонтанную эмиссию в ближней и средней ИК области спектра, что делает их перспективными для использования в различных устройствах – детекторах, тепловизорах, аппаратах биомедицинской диагностики и т.д. Совместно с коллегами из Гонконга, наш коллектив разрабатывает платформу на основе плазмонных наноструктур, позволяющих добиться многократного усиления эмиссии квантовых точек теллурида ртути, а также создать фотоприемники с увеличенной чувствительностью, – уточнил он.

Кроме этого, коллектив лаборатории представил на конференции большое количество других результатов, например, приглашённый доклад на тему лазерного синтеза гибридных металлполупроводниковых наночастиц, предназначенных для лечения злокачественных опухолей с помощью гипертермии – нагрева ИК лазером до температур, приводящих к локальному термическому разрушению тканей.

Сейчас учёным предстоит подтвердить действенность метода экспериментально. Первая партия гибридных наночастиц уже передана в ИТМО, где в ближайшее время начнётся тестирование на лабораторных животных.

– Работа комплексная, потому что касается мультидисциплинарных исследований, в которых должны участвовать разноплановые специалисты – физики, химики, биологи, – подчеркнул А.А. Кучмижак.

Полдень навсегда

Мультидисциплинарные исследования лежат и в основе относительно нового направления – агробиофотоники (использование света для развития растений), которое было впервые представлено на ALT.

В ИАПУ ДВО РАН создано соответствующее научное направление, и, как заметил Ю.Н. Кульчин, – это фрагмент большой системы исследований. Недавно на эти цели Всероссийским институтом машиностроения был получен мегагрант в области сельского хозяйства. В проекте также участвуют ИОФ РАН, ИАПУ ДВО РАН, ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, рассказал руководитель научного направления Федерального научного агроинженерного центра ВИМ профессор РАН Алексей Викторович Сибирёв. 

– Используя определённый состав излучения, мы можем заставить растение вытянуться вверх, нарастить корневую систему, раньше зацвести или начать плодоносить. Более того, выяснилось, что свет может вызывать стресс у растений, и они начинают выделять вторичные метаболиты. Например, можно так подобрать режим освещения, что растения начнут в повышенной концентрации вырабатывать витамин C, – привёл пример Юрий Николаевич.

В экспериментах в ИАПУ ДВО РАН «участвуют» базилик и руккола. Контейнеры, где они растут, освещены разным светом – синим, красным, зелёным, желтоватым и белым. Развиваются они по­разному. Под зелёным их листья становятся пятнистыми и изрезанными. Лучше всего, замечает заведующий сектором лазерных технологий ИАПУ ДВО РАН к.ф.­м.н. Евгений Петрович Субботин, растения чувствуют себя под лампой, имитирующей свет июньского полудня.

– Нам удалось создать светильник, который излучает свет, почти полностью идентичный естественному солнечному. Таких решений в мире практически нет, а если и есть, то намного дороже. Эксперименты показали, что что растения под ним действительно развивается гармонично, сохраняют все свои питательные, вкусовые, ароматические свойства. Но самое главное – технология недорогая, – рассказал он.

Кроме того, в лаборатории изучают влияние каждой части солнечного спектра на рост и развитие клеточных культур. Работа идёт совместно с лабораторией биоинженерии ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН под руководством к.б.н. Галины Николаевны Веремейчик. Показывая колбы с разноцветными культурами клеток, она объясняет: в одной содержится клеточная культура марены сердцелистной, в другой – артишока, в третьей – воробейника. Все они вырабатывают определённые вещества, востребованные в фармакологии, косметологии.

Растут они в основном в темноте – это для них наиболее комфортные условия. Но с помощью разного света можно помочь клеткам продуцировать нужные нам соединения. Исследования, как заставить клетки растений давать оптимальное количество полезных веществ ведутся во всём мире, и пока лучшим инструментом для этого считается генная инженерия. Но с помощью света можно попробовать добиться аналогичных результатов.

– Решить эту и другие масштабные задачи одному институту, одному научному коллективу, невозможно. Необходима кооперация учёных из разных областей знаний. Конкретно здесь нужны физики, химики, биохимики, генетики, учёные из области сельского хозяйства, – резюмировал Ю.Н. Кульчин.

Даёшь «фотонику»

Таким образом, исследования всё больше приобретают мультидисциплинарный характер, и для эффективной работы необходимо объединение усилий учёных из разных областей. Учитывая такую практику, на торжественном закрытии 31­ конференции Advanced Laser Technologies академик Кульчин от имени участников выступил с предложением разработать национальную научную программу «Фотоника».

– От имени участников конференции мы обращаемся к президенту РАН академику Геннадию Яковлевичу Красникову с предложением разработать национальную программу «Фотоника» под научно­методическим руководством РАН, – сказал он.

Учёные поддержали предложение.

Следующая конференция Advan­ced Laser Technologies состоится в 2025 году в Казани. Также было объявлено о месте проведения следующей конференции по фундаментальным проблемам оптоэлектроники и микроэлектроники в 2025 году – она пройдёт в китайском городе Циндао, сообщил председатель оргкомитета конференции APCOM Р. В. Ромашко.

Анна БОНДАРЕНКО

Фото автора