27 Марта 2017
$57.42
61.86
PDA-версия PDF-версия Аудиоверсия

Новости дня
Образование03.06.2010

Тверские научные школы

В Тверском государственном университете работает единственная в стране кафедра физики сегнето- и пьезоэлектриков

В тонких слоях науки

В Тверском государственном университете работает единственная в стране кафедра физики сегнето- и пьезоэлектриков

Не надо очень бояться

Если посмотрим чуть внимательнее, то буквально в нескольких шагах от себя, даже на расстоянии вытянутой руки, обнаружим, что вокруг и около нас прочно обосновался и разумно существует мир этих не просто выговариваемых понятий.

Благодаря сегнетоэлектрикам, мы говорим по сотовому телефону и в любую минуту можем открыть ноутбук: сенсорный датчик позволяет двигать по экрану курсор без помощи мыши. Платежные терминалы имеют сенсорные экраны: прикоснулся пальцем – и словно кнопку нажал. Сегнетоэлектрики применяются в микрофонах и громкоговорителях: сегнетоэлектрические мембраны нового поколения в микроэлектронных приложениях «исполняют обязанности» акустических приемо-передающих и сверхвысокочастотных, матричных, сенсорных устройств.  Они могут применяться в устройствах охранных систем, при изготовлении приборов ночного видения. Наконец, в зажигалке на нашей кухне, где искра рождается без электрических проводов…
Исследованиями электрофизических свойств сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков, а также процессов, в них происходящих, занимается группа тверских ученых в составе кафедры физики сегнето- и пьезоэлектриков. Ведущий инженер этой кафедры, кандидат физико-математических наук Ольга Николаевна Сергеева стала лауреатом X Всероссийского конкурса «Инженер года». Это признание – несомненное свидетельство успехов тверской научной школы.

Соль аптекаря Сеньета

Свое название сегнетоэлектрики получили от имени французского аптекаря Сеньета (Pierre Seignette), открывшего около 1655 года двойную калиево-натриевую соль винной кислоты. Сеньет и не думал, что бесцветные кристаллы его соли обладают какими-либо особыми физическими свойствами. В течение многих лет ее применяли только как слабительное. Лишь в 1918 году американский физик Андерсон обратил внимание, что в определенном интервале температур эта соль имеет необычно большую диэлектрическую проницаемость, проявляющуюся резкими аномалиями. Аналогию между диэлектрическими свойствами этого вещества и ферромагнитными свойствами железа установил Дж. Валашек (США) в 1920-м. Тогда и родилось понятие о новом классе веществ, называемых теперь сегнетоэлектриками.

Окрестил их так, ввел этот термин в науку академик И.В. Курчатов, когда в Ленинградском физико-техническом институте занимался созданием электрических конденсаторов большой емкости. Совместно с Б.В. Курчатовым и П.П. Кобеко им был открыт целый класс веществ, обладающих свойствами сегнетоэлектриков. Работа ученых породила одно из направлений современной физики твердого тела.

Нельзя обойти и 1944-й год, когда этот класс благодаря советскому физику Б.М. Вулу пополнился титанатом бария, особенность которого состоит в том, что он сохраняет сегнетоэлектрические свойства в очень широком интервале температур – от близкой к абсолютному нулю до +125°C. Это обстоятельство, а также большая механическая прочность и влагостойкость способствовали тому, что титанат бария стал одним из самых важных сегнетоэлектриков. В настоящее время их открыто и изучается несколько сотен. Первый же этап широкомасштабных исследований и промышленного применения пришелся на 40-50-е годы ХХ века. Второй связан с исследованием и применением тонких пленок.

Нано – рядом

«Масштабные исследования тонкопленочных сегнетоэлектриков начались в начале 90-х годов прошлого столетия и были связаны с вновь открывшимися перспективами их практического использования. Решение проблемы, связанной с совместимостью технологий выращивания тонких сегнетоэлектрических слоев с кремниевой микроэлектроникой, привело к тому, что в настоящее время интегрированные сегнетоэлектрики находят широкое применение в устройствах динамической и статической (неразрушаемой) памяти, СВЧ устройствах, электромеханических излучателях, разнообразных сенсорах акустических и тепловых волн. По мере дальнейшего развития и совершенствования микроэлектронных технологий происходит миниатюризация устройств и приборов, созданных на базе тонкопленочных сегнетоэлектриков, расширяется сфера их применений, повышается их эффективность. Среди материалов для интегрированных сегнетоэлектриков основное место занимают твердые растворы титаната бария стронция и цирконата-титаната свинца, обладающие, с точки зрения практических приложений, наилучшими характеристиками. Будучи включенными в состав многослойных композиций (часто в виде плоского тонкопленочного сегнетоэлектрического конденсатора), эти материалы приобретают новые свойства, связанные с интерфейсными явлениями, механическими взаимодействиями с подслоями и подложкой; особенно сильно эти свойства проявляются в наноразмерных пленках. Пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства таких материалов представляют огромный интерес для создания эффективных и конкурентоспособных устройств, работающих в сложных условиях». (О.Н. Сергеева. Автореферат диссертации на тему «ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК ЦИРКОНАТА ТИТАНАТА СВИНЦА, СФОРМИРОВАННЫХ НА ПОДЛОЖКАХ ИЗ СИТАЛЛА, КРЕМНИЯ И СТАЛИ»).

Приведенная цитата ? из диссертации, которую ведущий инженер кафедры физики сегнето- и пьезоэлектриков физико-технического факультета ТвГУ Ольга Сергеева  защитила в 2006 году.
Она пришла работать на кафедру в 1976 году, когда ее основы только закладывались замечательным ученым, профессором Владимиром Моисеевичем Рудяком. Пришла лаборантом, будучи студенткой вечернего отделения физфака. Это было очень интересно: познавать то, о чем многие из нас не догадываются и теперь. Мир нового поглотил. В нем жили многослойные структуры, тонкие пленки, эффект самопроизвольного возникновения макроскопической поляризации. Физическое материаловедение для функциональной электроники и техники, предназначенное для создания датчиков и сенсорной аппаратуры, станет в дальнейшем областью ее научной и инженерной деятельности.

Знай наших

Ольга Николаевна рассказывает:
? Сейчас нашей кафедрой заведует профессор Владимир Васильевич Иванов. Работаем много, интересно. Но исследования, которыми занимаемся, простираются дальше стен нашего университета, научно-исследовательская работа – это коллективный труд. Для получения сколько-нибудь значимого результата большое значение имеют кооперация, интеграция научных потенциалов различных научных школ. И мы благодарны всем, кто нас поддерживает, сотрудничает с нами. Совместно с Петербургским физико-техническим институтом имени А.Ф. Иоффе проводим работы по исследованию свойств и созданию тонкопленочных мембран. Также  наша кафедра имеет тесные научные связи с коллективами зарубежных и отечественных научных центров, в частности с техническим университетом Дрездена (Германия), НИИ физики в Ростове-на-Дону, Воронежским техническим госуниверситетом, лабораторией фемтосекундной оптики Московского института радиоэлектроники и автоматики под руководством профессора Елены Дмитриевны Мишиной. Кстати, ее отец, профессор Дмитрий Дмитриевич Мишин основал и много лет возглавлял кафедру магнетизма в нашем университете.

Эволюция

Уже не секрет, что фундаментальные исследования тверской кафедры физики сегнето- и пьезоэлектриков работали на военно-оборонный комплекс. Теперь все звенья ее разработок в связи с минимизацией электронных приборов стали актуальными во всех сферах жизни. Технический прогресс основан (в том числе) на стремлении вместить во всё меньший объем прибора все больше исполняемых функций. Наиболее интересны для человечества объекты, реагирующие на электрическом уровне: очень быстро, не очень затратно, легко трансформируемо. Чем меньше объект, тем меньше он берет энергии. Отсюда стремление к тонким пленкам.

Тому пример – маленький мобильный телефон. Чтобы он за ту энергию, которую потребляет, выполнял максимальное количество всевозможных функций, нужна такая элементная база, которая позволяла бы безошибочно работать на уровне атомов и молекул, преобразовывать энергию из одного вида в другой с минимальными потерями, обладать большим объемом памяти. Все мы свидетели, что так и происходит: соприкасаются тонкие пленки и управляемые последовательности переключателей и усилителей двоичных (цифровых) сигналов. Эксплуатируется основное свойство сегнетоэлектриков – преобразовывать механическое или тепловое воздействие на них в электрический сигнал или, наоборот, изменять свои свойства под воздействием электрического сигнала.

Ольга Николаевна рассказывала, что для того, чтобы представить, какой же «толщины» эта пленка, которая так котируется в наноресурсах, надо сравнить ее с размерами атома. Для нас он не видим невооруженным глазом: размер электронных оболочек, которые определяют размер атома, составляют  приблизительно 1 Ангстрем, что равно одной десятой нанометра. А на кафедре физики сегнето- и пьезоэлектриков работают с объектами, размеры которых составляют десятки нанометров. Нано ? рядом! И не без нашей, тверской, помощи. Так что к нанотехнологиям тверская научная школа имеет самое прямое отношение. И не первый десяток лет. И Вселенная для новых открытий неисчерпаема.

Под крышей Дома

Но вернемся в родные пенаты. Ими для тех, кто вступает в конкурсные состязания на ниве научно-инженерных достижений, стал областной Дом науки и техники.

– У нас в университете уже собирается целая команда участников конкурса различных годов, – говорит Ольга Николаевна, – например, в составе нашей исследовательской группы под руководством профессора Алексея Алексеевича Богомолова работает доцент Александр Валентинович Солнышкин. Он возглавляет и совет молодых ученых. Во главе университетской структуры по инновационной деятельности стоит проректор Иван Александрович Каплунов, тоже лауреат конкурса. Этого звания в разные года были удостоены и сотрудники родственных кафедр ? магнетизма и прикладной физики. Нынче победителем конкурса в номинации «Инженерное искусство молодых» стал аспирант кафедры магнетизма Алексей Карпенков. Этому успеху немало способствует и декан физико-технического факультета Борис Борисович Педько. Есть кому представлять физиков на российском смотре и в последующие годы, наш ресурс не скудеет. Такие конкурсы – хороший стимул продолжать работать. Встречи с видными учеными, признание твоего скромного вклада в общую копилку российской интеллектуальной собственности – это стартовая площадка для вдохновения, особенно молодым.

Генератором этого праздника мысли, поиска, по крайней мере, в Твери, несомненно, является директор областного Дома науки и техники Римма Петровна Золотарева. Она душой болеет за развитие инженерной деятельности и сумела объединить целое сообщество умных интересных людей. Честь инженерной и научной мысли региона в Москве защищают посланцы и вузов, и промышленных предприятий, в том числе Калининской атомной станции. А сколько молодых лиц!  Все это потому, что в Тверской области сложилась система поддержки и развития инженерного и научно-технического творчества. К инновационному столу мы идем со своим караваем.

Автор: Маргарита СИВАКОВА
295

Возврат к списку

Вода идет | Тверской регион готов к прохождению весеннего паводка
Лед на реках Верхневолжья вот-вот тронется. Паводок – дело серьезное, встречать его надо во всеоружии. И, как сообщают в оперативном штабе Главного управления МЧС России по Тверской области, к нему уже готовы и люди, и техника.
24.03.201722:44
Больше фоторепортажей
 
Этот уникальный проект наша газета и областная универсальная научная библиотека имени А.М. Горького проводят при поддержке Правительства Тверской области. 
22.10.201604:07
Больше видео

Архив новостей
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
27 28 1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31 1 2
Новости муниципалитетов
Письмо в редакцию