Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Расхожее словечко «уникальный» сегодня вставляют к месту и не к месту. И не хотелось бы его лишний раз употреблять – но в нашем случае без этого не обойтись. Потому что иначе не скажешь: это оборудование действительно уникально – без всяких скидок и преувеличений.
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Взять, к примеру, спектрометр комбинационного рассеяния света – за Уралом это, пожалуй, единственный прибор подобного уровня. Или электронный просвечивающий микроскоп японской фирмы JEOL. Таких в России всего два: один недавно куплен и проходит запуск в Москве, в Курчатовском институте, другой вот уже второй год работает в НГУ, в научно-образовательном комплексе «Наносистемы и современные материалы». Благодаря этой фантастической аппаратуре можно не просто увидеть атомы, а разглядеть даже – как, каким «боком» они друг к дружке прилегают, можно складывать их, как мозаику, получая новые, невиданные материалы с новыми удивительными свойствами.
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Научно-образовательный комплекс «Наносистемы и современные материалы» (НОК НСМ) был создан в Новосибирском госуниверситете два года назад на площадях бывшего механического цеха. Сегодня там, где недавно стояли старые токарные и фрезерные станки, установлено современное исследовательское оборудование на общую сумму порядка полумиллиарда рублей.
Но дело не только в отдельных дорогостоящих микроскопах – в институтах СО РАН есть приборы не дешевле и не хуже. Дело в том, что вся эта аппаратура собрана, сконцентрирована в одном месте и образует единый исследовательский комплекс. Его ресурс, уникальный в масштабах даже не Сибири, а всей страны, привлекает не только сотрудников ННЦ, но и их коллег из других регионов. Прошлой осенью, например, в рамках программы «Мобильность молодых ученых» в Новосибирске собрались два десятка команд со всех концов России – от Москвы до Якутска. Они приехали с собственными проектами, чтобы провести исследования на оборудовании НОК под руководством новосибирских специалистов – сотрудников и преподавателей НГУ.
Но, конечно, как бы ни стремились прильнуть к нашим микроскопам гости из других научных центров, в первую очередь этот комплекс был создан для решения задач СО РАН.
- В институтах Сибирского отделения постоянно появляются новые разработки, - говорит руководитель НОК, доктор физматнаук Андрей Аржанников. – Создаются новые наносистемы, материалы, устройства. И свойства этих объектов необходимо изучать. Где это можно сделать наилучшим образом? Именно в научно-образовательном комплексе НСМ, поскольку по совокупным возможностям приборов и оборудования нет более подходящего места.
Человеческий глаз способен воспринимать видимый свет – электромагнитные колебания с длиной волны порядка 0,5 микрона. Диаметр атома в несколько тысяч раз меньше – ни в какую оптику не разглядишь. Поэтому, чтобы действительно увидеть атомарное строение твердого тела, в специальных современных микроскопах (рентгеновских дифрактометрах) используют рентгеновское излучение – электромагнитные колебания с длиной волны около одного ангстрема.
Есть и другая возможность рассмотреть структуру вещества на уровне положения отдельных атомов – используя для этого не поток рентгеновских лучей, а пучок электронов. Например, тот самый уникальный просвечивающий электронный микроскоп фирмы JEOL имеет пространственное разрешение на уровне ангстрема! Такой же уровень разрешения обеспечивает туннельный электронный микроскоп германской фирмы OMICRON. Правда, в отличие от дифрактометра, туннельный микроскоп не просвечивает вещество, а видит только самый первый, поверхностный слой атомов, зато видит детально, со всеми подробностями.
Ученые из разных институтов, авторы новых технологий, приносят сюда свои разработки на диагностику, тестирование и анализ. Причем анализ подробный, всесторонний и комплексный. Проверили образец на дифрактометре – перенесли под просвечивающий электронный микроскоп, затем посветили на него лазерным лучом в КР-спектрометре или в элипсометре... В результате картина получается куда более полной, четкой, а главное – близкой к истине.
- В одном месте, не выходя за пределы нашего научно-образовательного комплекса, вы можете посмотреть на вещество под разными углами зрения и зарегистрировать широкий набор параметров, - говорит Аржанников. – После чего сопоставить получившиеся характеристики и конфигурации с компьютерными расчетами – и сказать: да, это похоже на правду, теперь это можно попробовать применить на практике. Или – нет, результаты не совпадают, а значит, надо искать и исследовать дальше.
Хотя, как считает руководитель центра «Наносистемы и современные материалы», достичь абсолютной истины все равно не удастся, истина для исследователя всегда остается «где-то рядом».
Arial<#two#> size=<#two#>4<#two#>>Точки, линейки и плоскости
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Как известно, золото, серебро, платина – элементы исключительно пассивные. Но если эти благородные металлы взять не куском в несколько граммов, а нанести крошечными точками, например, на керамическую подложку, то получится весьма эффективный катализатор для реакций, которые в иных условиях протекать просто не будут. Диаметр одной такой точки – около 20 нанометров, количество атомов в ней – порядка тысячи. Где сотрудники ИК СО РАН могут проверить структуру и свойства такого катализатора? Конечно, в НОК «Наносистемы и современные материалы».
А если взять не золото, а кремний, и точки сделать размером не десятки, а единицы нанометров – можно при воздействии на них, скажем, электронами получить электромагнитное излучение в очень интересном диапазоне длин волн – 1,5 микрона. Свойства у этого излучения опять-таки уникальные. Оно настолько хорошо проходит по кремнию, что может передавать информацию в электронной микросхеме без использования проводников. Это означает в ближайшем будущем создание предельно компактных, малоэнергоемких систем, которые должны совершить переворот в компьютерных технологиях.
Мало того, это замечательное излучение способно без потерь переносить информацию по оптоволоконным сетям на огромные расстояния (что особенно важно для нашей страны с ее масштабами). Сейчас перед учеными стоит задача – сконфигурировать кремниевые точки так, чтобы излучение получилось «дружным» - когерентным. И тогда, есть надежда, уже в следующем году исследователи представят прототип нового диода.
Можно атомы не точками рассадить, а выстроить в линеечку, или сделать из них плоскость, или уложить эти плоскости слоями. Можно «встроить» атомы одного вещества в решетку другого, заставить их разбежаться подальше друг от друга или сгруппироваться в кучки по несколько штук. Можно придумывать различные гетероструктуры, полностью меняя свойства исходных материалов, получая уникальные устройства. А исследуются и диагностируются эти разработки здесь, в НОК «Наносистемы и современные материалы».
Нанотехнологии творят чудеса. Вещество в количестве считанных десятков атомов имеет совершенно иные свойства, чем взятое в граммах и килограммах. Изолятор, уложенный в три атомных слоя, начинает вести себя как проводник: электрон его просто «не замечает» и проскакивает насквозь. Можно, сочетая атомы диэлектриков и металлов, сделать суперпроводник. Можно создать сверхпроводящие структуры – с полным отсутствием сопротивления. Раньше был известен единственный способ – заморозить вещество до абсолютного нуля. Теперь физики умеют выстраивать атомы так, чтобы летящий электрон не встречал на своем пути никаких препятствий.
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Просвечивающий электронный микроскоп фирмы Carl Zeiss – «любимый» прибор медиков и биологов. Он, конечно, послабее японского, зато, работая на меньшем токе и с меньшей энергией электронов, не разрушает биологических объектов. И исследователь на экране компьютера может увидеть, как расположена настоящая, неповрежденная ДНК в настоящей, взятой из живого организма клетке.
Для тех, кому мало покажется микроскопа, тут же имеется малоугловой рентгеновский дифрактометр. Этот прибор позволяет описывать молекулярные структуры крупных органических соединений. В отличие от обычного дифрактометра, в малоугловом регистрируются кванты, отклонившиеся в веществе на малые углы, и исследователи получают данные о конфигурации сложных молекул – например, холестерина.
Воспользовавшись модным сегодня понятием – центр коллективного пользования, можно сказать, что НОК при НГУ стал для ученых СО РАН именно таким центром. Сюда приходят научные сотрудники из институтов физики твердого тела и физики полупроводников, химики и каталитики, медики и биологи. У каждого – свои задачи. Но на стыке разных областей знаний, как известно, и рождается настоящие открытия. Это, кстати, еще одна уникальная черта комплекса: НОК – площадка для общения представителей разных наук. Как говорит Андрей Аржанников – ярмарка взаимных интересов.
Совместные семинары, совместные проекты, совместные научные группы, когда представители разных специальностей объединяются для решения одной задачи, - в НОК это обычная практика.
Взять хотя бы то же исследование холестерина. Казалось бы – проблема сугубо медицинская. Однако при ближайшем рассмотрении – так сказать, на наноуровне – все оказывается гораздо сложнее. Известно, что холестерин бывает «плохой» и «хороший». Один латает прорехи в сосудах, другой образует атеросклеротические бляшки. Но как эти два соединения можно различить? Химический состав один и тот же, все дело – в конфигурации молекулы, в том, каким образом в ней расположились атомы.
Поэтому в данном вопросе медикам и биологам придется разбираться совместно с химиками, а химикам должны помочь физики – просветить объект на электронном микроскопе, чтобы выяснить структуру расположения атомов, либо изучить его с помощью малоугловой дифрактометрии. А потом уже садиться всем вместе и думать – как сделать так, чтобы молекул «нехорошей» конфигурации в организме не появлялось.
Arial<#two#> size=<#two#>4<#two#>>Стены помогают
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>- Говоря обо всем, что связано с «нано», надо иметь в виду, что наука это молодая, - говорит Андрей Аржанников. - И чтобы ее развивать, нужны новые, молодые кадры. Они, конечно, воспитываются усилиями старшего поколения – преподавателей, научных руководителей. И усилиями старшего же поколения созданы эти замечательные приборы, которые позволяют заглянуть внутрь вещества. Но работать на них предстоит молодым.
Конечно, не случайно подобный исследовательский комплекс был создан именно на площадке НГУ. Если в институтах СО РАН научные сотрудники разделены стенами своих учреждений и «стенками» своих специализаций, то в университете вузовские стены, напротив, только объединяют.
- И кроме того, - продолжает Аржанников, - мы все здесь работаем со студентами. Мы имеем дело с еще не зашоренными, не зажатыми рамками одной узкой специальности юными умами. Молодые люди – по крайней мере, лучшие из них – мыслят более раскованно, чем их старшие товарищи, которые уже «заточили» свое сознание под конкретную проблему, при этом у наших, университетских ребят достаточно широкий кругозор и широкая сфера интересов.
Комплекс недаром называется научно-образовательным. Цели образования здесь неотделимы от задач науки. И достоинство этих приборов не только в том, что они дают будущим химикам, физикам, биологам возможность заглянуть на наноуровень и увидеть, как там все устроено, – «ощутить прелести мира», по выражению Аржанникова. Хотя для учебного процесса, конечно, это очень важно.
Но не менее важно другое. И это тоже элемент обучения, когда студенты решают реальные научные задачи вместе со своими профессорами – сотрудниками институтов СО РАН. Когда старшекурсник, магистрант или начинающий ученый становится полноправным участником исследовательского коллектива, а курсовая или дипломная работа перерастают в кандидатскую диссертацию и дело всей жизни. Так уже случалось в стенах НОК.
- Это особенность нашего университета, - поясняет Аржанников. - Образование у нас тесно связано с наукой, учебный процесс идет не столько в аудиториях, сколько в лабораториях, преподаватели сами ведут исследовательскую работу и знают толк в истинном устройстве мира – не по картинкам в учебнике, а потому что сами «вращали ручки приборов» и сами рисовали эти картинки.
В НОК «Наносистемы и современные материалы» нередко приглашают школьников – чтобы они хотя бы одним глазком могли заглянуть в наномир. Недавно здесь побывали старшеклассники из Барнаула. Ребятишек специально привезли в Новосибирск на целых три дня – познакомить с современными научными воззрениями и возможностями нанотехнологий.
Андрей Аржанников, руководитель центра и декан физфака НГУ, от души надеется, что экскурсия, которую здесь провели для юных гостей, не прошла для них даром, что двое-трое из экскурсантов приедут этим летом поступать в университет. И пополнят ряды охотников за истиной – той самой, которую, конечно, ученым никогда не достичь, но которую можно постараться еще чуть-чуть приблизить.
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Расхожее словечко «уникальный» сегодня вставляют к месту и не к месту. И не хотелось бы его лишний раз употреблять – но в нашем случае без этого не обойтись. Потому что иначе не скажешь: это оборудование действительно уникально – без всяких скидок и преувеличений.
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Взять, к примеру, спектрометр комбинационного рассеяния света – за Уралом это, пожалуй, единственный прибор подобного уровня. Или электронный просвечивающий микроскоп японской фирмы JEOL. Таких в России всего два: один недавно куплен и проходит запуск в Москве, в Курчатовском институте, другой вот уже второй год работает в НГУ, в научно-образовательном комплексе «Наносистемы и современные материалы». Благодаря этой фантастической аппаратуре можно не просто увидеть атомы, а разглядеть даже – как, каким «боком» они друг к дружке прилегают, можно складывать их, как мозаику, получая новые, невиданные материалы с новыми удивительными свойствами.
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Научно-образовательный комплекс «Наносистемы и современные материалы» (НОК НСМ) был создан в Новосибирском госуниверситете два года назад на площадях бывшего механического цеха. Сегодня там, где недавно стояли старые токарные и фрезерные станки, установлено современное исследовательское оборудование на общую сумму порядка полумиллиарда рублей.
Но дело не только в отдельных дорогостоящих микроскопах – в институтах СО РАН есть приборы не дешевле и не хуже. Дело в том, что вся эта аппаратура собрана, сконцентрирована в одном месте и образует единый исследовательский комплекс. Его ресурс, уникальный в масштабах даже не Сибири, а всей страны, привлекает не только сотрудников ННЦ, но и их коллег из других регионов. Прошлой осенью, например, в рамках программы «Мобильность молодых ученых» в Новосибирске собрались два десятка команд со всех концов России – от Москвы до Якутска. Они приехали с собственными проектами, чтобы провести исследования на оборудовании НОК под руководством новосибирских специалистов – сотрудников и преподавателей НГУ.
Но, конечно, как бы ни стремились прильнуть к нашим микроскопам гости из других научных центров, в первую очередь этот комплекс был создан для решения задач СО РАН.
- В институтах Сибирского отделения постоянно появляются новые разработки, - говорит руководитель НОК, доктор физматнаук Андрей Аржанников. – Создаются новые наносистемы, материалы, устройства. И свойства этих объектов необходимо изучать. Где это можно сделать наилучшим образом? Именно в научно-образовательном комплексе НСМ, поскольку по совокупным возможностям приборов и оборудования нет более подходящего места.
Человеческий глаз способен воспринимать видимый свет – электромагнитные колебания с длиной волны порядка 0,5 микрона. Диаметр атома в несколько тысяч раз меньше – ни в какую оптику не разглядишь. Поэтому, чтобы действительно увидеть атомарное строение твердого тела, в специальных современных микроскопах (рентгеновских дифрактометрах) используют рентгеновское излучение – электромагнитные колебания с длиной волны около одного ангстрема.
Есть и другая возможность рассмотреть структуру вещества на уровне положения отдельных атомов – используя для этого не поток рентгеновских лучей, а пучок электронов. Например, тот самый уникальный просвечивающий электронный микроскоп фирмы JEOL имеет пространственное разрешение на уровне ангстрема! Такой же уровень разрешения обеспечивает туннельный электронный микроскоп германской фирмы OMICRON. Правда, в отличие от дифрактометра, туннельный микроскоп не просвечивает вещество, а видит только самый первый, поверхностный слой атомов, зато видит детально, со всеми подробностями.
Ученые из разных институтов, авторы новых технологий, приносят сюда свои разработки на диагностику, тестирование и анализ. Причем анализ подробный, всесторонний и комплексный. Проверили образец на дифрактометре – перенесли под просвечивающий электронный микроскоп, затем посветили на него лазерным лучом в КР-спектрометре или в элипсометре... В результате картина получается куда более полной, четкой, а главное – близкой к истине.
- В одном месте, не выходя за пределы нашего научно-образовательного комплекса, вы можете посмотреть на вещество под разными углами зрения и зарегистрировать широкий набор параметров, - говорит Аржанников. – После чего сопоставить получившиеся характеристики и конфигурации с компьютерными расчетами – и сказать: да, это похоже на правду, теперь это можно попробовать применить на практике. Или – нет, результаты не совпадают, а значит, надо искать и исследовать дальше.
Хотя, как считает руководитель центра «Наносистемы и современные материалы», достичь абсолютной истины все равно не удастся, истина для исследователя всегда остается «где-то рядом».
Arial<#two#> size=<#two#>4<#two#>>Точки, линейки и плоскости
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Как известно, золото, серебро, платина – элементы исключительно пассивные. Но если эти благородные металлы взять не куском в несколько граммов, а нанести крошечными точками, например, на керамическую подложку, то получится весьма эффективный катализатор для реакций, которые в иных условиях протекать просто не будут. Диаметр одной такой точки – около 20 нанометров, количество атомов в ней – порядка тысячи. Где сотрудники ИК СО РАН могут проверить структуру и свойства такого катализатора? Конечно, в НОК «Наносистемы и современные материалы».
А если взять не золото, а кремний, и точки сделать размером не десятки, а единицы нанометров – можно при воздействии на них, скажем, электронами получить электромагнитное излучение в очень интересном диапазоне длин волн – 1,5 микрона. Свойства у этого излучения опять-таки уникальные. Оно настолько хорошо проходит по кремнию, что может передавать информацию в электронной микросхеме без использования проводников. Это означает в ближайшем будущем создание предельно компактных, малоэнергоемких систем, которые должны совершить переворот в компьютерных технологиях.
Мало того, это замечательное излучение способно без потерь переносить информацию по оптоволоконным сетям на огромные расстояния (что особенно важно для нашей страны с ее масштабами). Сейчас перед учеными стоит задача – сконфигурировать кремниевые точки так, чтобы излучение получилось «дружным» - когерентным. И тогда, есть надежда, уже в следующем году исследователи представят прототип нового диода.
Можно атомы не точками рассадить, а выстроить в линеечку, или сделать из них плоскость, или уложить эти плоскости слоями. Можно «встроить» атомы одного вещества в решетку другого, заставить их разбежаться подальше друг от друга или сгруппироваться в кучки по несколько штук. Можно придумывать различные гетероструктуры, полностью меняя свойства исходных материалов, получая уникальные устройства. А исследуются и диагностируются эти разработки здесь, в НОК «Наносистемы и современные материалы».
Нанотехнологии творят чудеса. Вещество в количестве считанных десятков атомов имеет совершенно иные свойства, чем взятое в граммах и килограммах. Изолятор, уложенный в три атомных слоя, начинает вести себя как проводник: электрон его просто «не замечает» и проскакивает насквозь. Можно, сочетая атомы диэлектриков и металлов, сделать суперпроводник. Можно создать сверхпроводящие структуры – с полным отсутствием сопротивления. Раньше был известен единственный способ – заморозить вещество до абсолютного нуля. Теперь физики умеют выстраивать атомы так, чтобы летящий электрон не встречал на своем пути никаких препятствий.
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>Просвечивающий электронный микроскоп фирмы Carl Zeiss – «любимый» прибор медиков и биологов. Он, конечно, послабее японского, зато, работая на меньшем токе и с меньшей энергией электронов, не разрушает биологических объектов. И исследователь на экране компьютера может увидеть, как расположена настоящая, неповрежденная ДНК в настоящей, взятой из живого организма клетке.
Для тех, кому мало покажется микроскопа, тут же имеется малоугловой рентгеновский дифрактометр. Этот прибор позволяет описывать молекулярные структуры крупных органических соединений. В отличие от обычного дифрактометра, в малоугловом регистрируются кванты, отклонившиеся в веществе на малые углы, и исследователи получают данные о конфигурации сложных молекул – например, холестерина.
Воспользовавшись модным сегодня понятием – центр коллективного пользования, можно сказать, что НОК при НГУ стал для ученых СО РАН именно таким центром. Сюда приходят научные сотрудники из институтов физики твердого тела и физики полупроводников, химики и каталитики, медики и биологи. У каждого – свои задачи. Но на стыке разных областей знаний, как известно, и рождается настоящие открытия. Это, кстати, еще одна уникальная черта комплекса: НОК – площадка для общения представителей разных наук. Как говорит Андрей Аржанников – ярмарка взаимных интересов.
Совместные семинары, совместные проекты, совместные научные группы, когда представители разных специальностей объединяются для решения одной задачи, - в НОК это обычная практика.
Взять хотя бы то же исследование холестерина. Казалось бы – проблема сугубо медицинская. Однако при ближайшем рассмотрении – так сказать, на наноуровне – все оказывается гораздо сложнее. Известно, что холестерин бывает «плохой» и «хороший». Один латает прорехи в сосудах, другой образует атеросклеротические бляшки. Но как эти два соединения можно различить? Химический состав один и тот же, все дело – в конфигурации молекулы, в том, каким образом в ней расположились атомы.
Поэтому в данном вопросе медикам и биологам придется разбираться совместно с химиками, а химикам должны помочь физики – просветить объект на электронном микроскопе, чтобы выяснить структуру расположения атомов, либо изучить его с помощью малоугловой дифрактометрии. А потом уже садиться всем вместе и думать – как сделать так, чтобы молекул «нехорошей» конфигурации в организме не появлялось.
Arial<#two#> size=<#two#>4<#two#>>Стены помогают
Arial<#two#> size=<#two#>3<#two#>>- Говоря обо всем, что связано с «нано», надо иметь в виду, что наука это молодая, - говорит Андрей Аржанников. - И чтобы ее развивать, нужны новые, молодые кадры. Они, конечно, воспитываются усилиями старшего поколения – преподавателей, научных руководителей. И усилиями старшего же поколения созданы эти замечательные приборы, которые позволяют заглянуть внутрь вещества. Но работать на них предстоит молодым.
Конечно, не случайно подобный исследовательский комплекс был создан именно на площадке НГУ. Если в институтах СО РАН научные сотрудники разделены стенами своих учреждений и «стенками» своих специализаций, то в университете вузовские стены, напротив, только объединяют.
- И кроме того, - продолжает Аржанников, - мы все здесь работаем со студентами. Мы имеем дело с еще не зашоренными, не зажатыми рамками одной узкой специальности юными умами. Молодые люди – по крайней мере, лучшие из них – мыслят более раскованно, чем их старшие товарищи, которые уже «заточили» свое сознание под конкретную проблему, при этом у наших, университетских ребят достаточно широкий кругозор и широкая сфера интересов.
Комплекс недаром называется научно-образовательным. Цели образования здесь неотделимы от задач науки. И достоинство этих приборов не только в том, что они дают будущим химикам, физикам, биологам возможность заглянуть на наноуровень и увидеть, как там все устроено, – «ощутить прелести мира», по выражению Аржанникова. Хотя для учебного процесса, конечно, это очень важно.
Но не менее важно другое. И это тоже элемент обучения, когда студенты решают реальные научные задачи вместе со своими профессорами – сотрудниками институтов СО РАН. Когда старшекурсник, магистрант или начинающий ученый становится полноправным участником исследовательского коллектива, а курсовая или дипломная работа перерастают в кандидатскую диссертацию и дело всей жизни. Так уже случалось в стенах НОК.
- Это особенность нашего университета, - поясняет Аржанников. - Образование у нас тесно связано с наукой, учебный процесс идет не столько в аудиториях, сколько в лабораториях, преподаватели сами ведут исследовательскую работу и знают толк в истинном устройстве мира – не по картинкам в учебнике, а потому что сами «вращали ручки приборов» и сами рисовали эти картинки.
В НОК «Наносистемы и современные материалы» нередко приглашают школьников – чтобы они хотя бы одним глазком могли заглянуть в наномир. Недавно здесь побывали старшеклассники из Барнаула. Ребятишек специально привезли в Новосибирск на целых три дня – познакомить с современными научными воззрениями и возможностями нанотехнологий.
Андрей Аржанников, руководитель центра и декан физфака НГУ, от души надеется, что экскурсия, которую здесь провели для юных гостей, не прошла для них даром, что двое-трое из экскурсантов приедут этим летом поступать в университет. И пополнят ряды охотников за истиной – той самой, которую, конечно, ученым никогда не достичь, но которую можно постараться еще чуть-чуть приблизить.
