Молодые ученые ДВФУ разрабатывают новые материалы для лазерной техники

Керамические гетероструктуры для устройств оптики и микроэлектроники обеспечат преимущество в таких сферах применения, как дальнометрия, оптическая связь, лазерная обработка и запись информации. Работы проводятся при грантовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Подробнее - в материале Planet Today.

Команда молодых ученых из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) под руководством старшего научного сотрудника Школы естественных наук Дениса Косьянова выиграла грант РФФИ на разработку и стандартизацию производства новых материалов на основе гетероструктур “лазерная керамика − термоэлектрик”. Проект учёных был признан одним из лучших научных проектов в области междисциплинарных фундаментальных исследований по теме «Керамические материалы для электроники и медицины».

Грант РФФИ рассчитан на три года. В течение этого времени учёные синтезируют исходные нанопорошки, установят параметры спекания лазерного керамического слоя и термоэлектрика, разработают методику их сочетания в целокерамический материал, стандартизируют его функциональные параметры и применят на практике. Для изготовления гетероструктурных керамик будет использован инновационный метод совместного реакционного вакуумного спекания, в качестве соединений предложены иттрий-алюминиевый гранат (YAG:RE3+) и титанат стронция (SrTiO3−TiO2).

Как сообщил Денис Косьянов, используемые его командой подходы в рамках керамических технологий снимают многие принципиальные ограничения, присущие традиционным методам выращивания монокристаллов для лазерных систем. Предлагаемые комбинированные керамические структуры, совмещающие в себе лазерную среду с термоэлектриком, позволят улучшить эксплуатационные характеристики конечного материала несколькими способами. Это и возможность охлаждения активной лазерной среды – т.н. “активный” путь, и преобразования части тепловой энергии в электрическую – т.н. “пассивный” путь. В результате, многократное снижение термического напряжения (в сравнении с монослойными структурами) обеспечит высокую эффективность накачки, пиковую мощность излучения и порог разрушения материала.

«Фундаментальной научной задачей проекта мы считаем установление закономерностей совместного спекания различных по кристаллической структуре и фазовому составу лазерных и термоэлектрических нанокерамик. Задача дополнительно усложнена тем, что ключевые свойства керамических термоэлектриков SrTiO3−TiO2 определяются характеристиками двумерного электронного газа, локализованного по границам раздела зерен SrTiO3 и TiO2. Иными словами, высокий показатель добротности подобных термоэлектриков возможен лишь при создании структуры, в которой зёрна SrTiO3 и TiO2 будут расположены в “шахматном” порядке по всему объему материала. При решении данной задачи станет возможным производство в едином технологическом цикле керамических гетероструктур сложного состава YAG:RE3+ / SrTiO3−TiO2», - говорит Денис Косьянов.

«Разработка лазерной керамики со слоями термоэлектрика очень интересная и свежая задача, а полученные результаты направлены на развитие новой области знаний - физикохимии керамических гетероструктур. Эти работы ведутся в рамках одного из основных направлений исследовательской деятельности ключевой лаборатории ДВФУ «Перспективные материалы и нанотехнологии». Хочу отметить, что в составе коллектива выигранного гранта РФФИ нет ни одного доктора наук, а средний возраст исполнителей 27 лет. При формировании в начале 2018 года состава участников Лаборатории мы отдавали предпочтение талантливым молодых ученым, и уже сейчас это дает существенный результат», - сообщил проректор по научной работе ДВФУ Кирилл Голохваст.

В междисциплинарном проекте будет объединён опыт ключевых исполнителей в области физики конденсированного состояния, неорганической и физической химии (к.ф.-м.н. С. Тихонов и А. Завьялов), материаловедения (к.т.н. Д. Косьянов) и биологии (к.х.н. А. Захаренко), представляющих Школу естественных наук и Инженерную школу ДВФУ.