Ионно-пучковые технологии в Московском университете

Участники научной группы на конференции ICACS во Франции

Активная разработка перспективных наноструктурированных материалов требует точных инструментов как для их анализа, так и для управляемого воздействия на их свойства. Ионно-пучковые технологии являются незаменимым инструментом, направленным на обе эти задачи.

Модификация материалов при облучении ионным пучком обусловлена введением атомов в поверхностный слой в диапазоне энергий от единиц электронвольт до мегаэлектронвольт. Широкий диапазон физических свойств, чувствительных к присутствию посторонних атомов или дефектов структуры включает в себя механические, электрические, оптические, магнитные и сверхпроводящие характеристики материалов. Использование ускоренных ионов дает возможность вводить любые требуемые химические элементы или создавать дефекты структуры и получать концентрации примесей и распределения, представляющие особый интерес; во многих случаях эти распределения не были бы достижимы иными способами.

Многие из существующих методик исследования поверхности, тонких пленок и наноразмерных структур имеют ряд недостатков, а именно, одни являются разрушающими, а другие имеют недостаточное разрешение распределения элементов по глубине или малую чувствительность. Ионно-пучковые методики исследования лишены перечисленных выше недостатков. С их помощью определяют элементный состав покрытий и модифицированных твердых тел, изучают профили распределения по глубине примесных или имплантированных атомов, определяют структуры и толщин слоев в многослойных покрытиях, а также процессы взаимодиффузии в этих слоях и наблюдают результаты процессов дефектообразования под различными воздействиями.

Для развития этих методик в МГУ на базе физического факультета, НИИЯФ и АО «ТЕНЗОР» 24 марта 2006 года была основана совместная лаборатория ионно-пучковых нанотехнологий под руководством В.С. Черныша. В этой лаборатории были объединены передовые ионно-пучковые технологии (широкий диапазон энергий ионной имплантации, пучки кластерных ионов, фокусировка ионного пучка), которые находят широкое применение в микро- и наноинженерии. Возможности лаборатории позволяют исследовать радиационную стойкость твердотельных материалов, а также изучать воздействие ионных пучков на биологические системы. В России нет центров, позволяющих проводить как модификацию, так и исследование с помощью ионных пучков. Отдельные методы являются уникальными не только для нашей страны, но и для всего мира. Работа пользователей в лаборатории позволяет осуществлять самые смелые передовые инновационные идеи.

Аспирантка К. Кушкина за установкой КР и АСМ

На сегодняшний день в лаборатории работают более 10 студентов и 3 аспиранта кафедры физической электроники, большинство из которых готовятся к защите своих работ под руководством молодых ученых, выпускников кафедры, ставших сотрудниками физического факультета и НИИЯФ МГУ. Широкий круг задач и актуальных научных проблем в области взаимодействия ионных пучков с веществом открывает возможности для изучения новых направлений и самостоятельной постановки студентами и аспирантами научных задач.

В 2017–2018 г. студенты магистратуры физического факультета А. Евсеев и А. Данилов с кафедры физической электроники приняли участие в международной конференции по неупругим соударениям ионов с поверхностью (IISC-22) в г. Дрезден (Германия), а также в научной школе по ионно-пучковым методикам анализа и модификации поверхности. Перед началом работы конференции была организована научная школа, 14 магистров и аспирантов из разных стран были предварительно отобраны для участия в ней на основании их резюме и рекомендательных писем от научных руководителей. Лекции прочитали ведущие ученые в области взаимодействия ионов с веществом, прибывшие из университетов Германии, Франции и США. Практические занятия по работе с кодом TRIDYN проводил сам автор этой программы профессор Wolfhard M?ller.

Летом 2018 года во Франции (г. Кан) в работе крупнейшей конференции по атомным соударениям в твердых телах (ICACS-28) приняло участие 7 молодых сотрудников научной группы под руководством В.С. Черныша, среди них студенты А. Евсеев и Д. Миннебаев и аспирантка А. Кожемяко. Научная программа конференции охватывала вопросы зарядового обмена между частицами и поверхностью, потери энергии частиц при прохождении поверхностных слоев, явлений вторичной эмиссии, рассеяния и распыления атомов, ионов, молекул и кластеров, дефектообразование и модификацию поверхности. Особое внимание уделялось взаимодействию ионов с наноразмерными объектами, 2D-материалами (графен, нитрид бора), нанострукурированию поверхности, а также проблемам пучков многозарядных, молекулярных и кластерных частиц.

Студент А. Евсеев на стажировке в HZDR, Германия

Студенты и аспиранты представили доклады о модификации свойств современных наноматериалов, таких как углеродных нанотрубок и пористого кремния под воздействием ионного облучения, а также об оптимизации параметров пучков кластерных ионов. Темы докладов согласовались с актуальными направлениями научной повестки конференции, в связи с чем вызвали интерес зарубежных коллег, ряд которых предложили сотрудничество в рамках этих научных тематик. В результате этих обсуждений студент А. Евсеев получил возможность пройти практику в течении двух месяцев в 2018 году в центре им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф для работы с новой установкой спектроскопии рассеяния ионов средних энергий (СРИСЭ).

Представление докладов на международных конференциях такого уровня оказалось во многом возможным благодаря финансированию РФФИ: в 2018 г. трое молодых членов коллектива лаборатории ионно-пучковых нанотехнологий стали руководителями грантов для молодых ученых (Анастасия Кожемяко, Антон Назаров и Юрий Балакшин). В разное время молодые ученые и студенты группы были лауреатами и победителями конкурса молодых ученых НИИЯФ МГУ 2014–2018 годов, конкурса молодых ученых физического факультета МГУ, конкурса талантливых молодых ученых и преподавателей МГУ 2015, 2016 и 2018, стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам в 2018–2020 годах, конкурсов фонда развития теоретической физики и математики «БАЗИС», лауреатами премии конкурса им. С.Н. Вернова (2015 и 2018), грантов «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере», а также призерами конкурса научно-популярных статей «Просто о сложном».

Сотрудники лаборатории являются руководителями грантов РНФ и РФФИ, идеи и научные наработки лаборатории применяются при реализации Федеральных Целевых Программ (ФЦП) в 2018–2020 годах.

Студенты лаборатории после защиты бакалаврских и магистерских работ с научными руководителями

В настоящий момент лаборатория активно занимается привлечением талантливых и инициативных студентов младших курсов к работе по перспективным направлениям, а достижения научной группы наглядно демонстрируют возможности для развития своих научных интересов и вывода получаемых результатов на международный уровень.

Коллектив лаборатории

ионно-пучковых нанотехнологий