Научная
деятельность
Университет ИТМО

Как устроена Международная школа для молодых ученых RACIRI-2017

С 19 по 26 августа в городе Роннебю (Швеция) прошла V Международная школа для молодых ученых RACIRI-2017. В этом году программа была посвящена обсуждению лучших рентгеновских и нейтронных источников в мире. Университет ИТМО на международной научной арене представил аспирант кафедры современных функциональных материалов Никита Прасолов. Об исследованиях молодого ученого и о том, чему можно научиться в рамках ежегодной школы RACIRI, — в нашем материале.

Международная Школа для молодых ученых организуется уже в пятый раз в рамках деятельности совместного российско-немецкого Института Иоффе-Рентгена (Ioffe-Rontgen-Institute, IRI) и Объединения Рентген-Ангстрема (Rontgen-Angstrom-Cluster, RAC) под эгидой Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Немецкого источника электронов и синхротронного излучения DESY и Исследовательского Совета Швеции (Vetenskapsradet).

Три страны стремятся занять лидирующие позиции в использовании передовых рентгеновских и нейтронных источников в области материаловедения. Дело в том, что с предстоящим введением в строй европейских установок XFEL в Гамбурге (Германия), ESS и введенной с лета 2016 года Max-IV в Лунде (Швеция), а также модернизированного нейтронного реактора ПИК в НИЦ «Курчатовский институт» в Гатчине (Россия) будут значительно улучшены аналитические возможности стран в следующем десятилетии.

Участники V Международной школы для молодых ученых RACIRI-2017. Источник: raciri.org
Участники V Международной школы для молодых ученых RACIRI-2017. Источник: raciri.org

Школа предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и молодых ученых из трех стран-партнеров. В этом году в Школе приняли участие 87 человек. Каждый год организаторы определяют новую актуальную тему, зависящую от задач в области наук о материалах и наук о жизни. Тематика также всегда связана с использованием потенциала существующих и создающихся установок (источников синхротронного излучения, рентгеновских лазеров, источников нейтронов).

«Я впервые принимал участие в этой Школе. Когда подавал заявку, указал, что работаю в UniFEL центре, где мы готовимся к работе на XFEL (европейский рентгеновский лазер на свободных электронах). Тематика школы в этом году как раз посвящена применению источников рентгеновского и нейтронного излучения на основе синхротронов и рентгеновских лазеров, поэтому мою кандидатуру утвердили», — поделился Никита Прасолов.

В рамках программы Школы участников ожидали базовые лекции по фундаментальным и теоретическим основам явлений, специализированные лекции по использованию нейтронных и рентгеновских методов, встречи с всемирно известными учеными и ведущими мировыми экспертами в соответствующих областях науки, а также стендовые секции и студенческие конкурсы.

В день участники программы прослушивали порядка пяти лекций. На одном из лекционных занятий ученикам рассказали про последние новости со стройки XFEL – наиболее мощного к моменту его строительства источника рентген излучения, в строительство которого на сегодняшний день вложились многие страны, в том числе и Россия (порядка 27%). Как только лазер будет готов, ученые ожидают бум исследований, проводимых на нем.

 Участники V Международной школы для молодых ученых RACIRI-2017. Источник: социальные сети
Участники V Международной школы для молодых ученых RACIRI-2017. Источник: социальные сети

В течение первых трех дней кураторы Школы организовали конкурс – постерную сессию. Ученики смогли познакомиться с проектами друг друга, после чего проголосовать за понравившийся проект. Другой студенческий конкурс — творческое состязание участников научных докладов Science Slam, в котором участвовало порядка пяти команд. Здесь развернулся настоящий научный КВН: одни исполнили песню под гитару, другие показали, как работает малоугловое нейтронное рассеяние с помощью лекторов (один лектор — источник, второй — исследуемый образец) и так далее.

«Я занимаюсь молекулярной динамикой и в перспективе я планирую смоделировать взаимодействие рентгеновского излучения с поверхностью, например, графена», — поделился аспирант.

Тема молодого ученого — моделирование методом молекулярной динамики процесса наноиндентирования. Сейчас аспирант изучает взаимодействие между атомами с помощью компьютерного моделирования.

«Я моделировал процесс взаимодействия зонда атомно-силового микроскопа с поверхностью арсенида галлия (GaAs), а именно индентирование. Нам было интересно посмотреть на истоки возникновения такого эффекта, как трибоэлектризация (электризация поверхности под механическим воздействием). Такой эффект возникает при сканировании поверхности зондом, в ходе чего она наэлектризовывается. Электризация наблюдается без значительных разрушений поверхности, то есть силы, прилагаемые к зонду, и глубина индентирования, должны быть небольшие», — рассказывает аспирант.

Эффект изменения потенциала поверхности (эффект трибоэлектризации) Никита Прасолов изучает уже не первый год. Дело в том, что природа этого эффекта пока до конца не ясна. Если говорить о глобальном масштабе, то эффект трибоэлектризации сегодня мало кто изучает, отмечает он.

Никита Прасолов
Никита Прасолов

Обнаружено, что, изменяя потенциал поверхности, можно изменять процесс роста кристаллов на подложке, это может использоваться в микроэлектронике. Современные методы эпитаксиального роста полупроводников — молекулярно-пучковая (выращивание в условиях сверхвысокого вакуума полупроводниковых структур с атомарно-гладкими поверхностями) и МОС-гидридная эпитаксия (осаждение металлорганических соединений из газовой фазы) — чувствительны к физико-химическим свойствам поверхности, в частности, к наэлектризованности. Особенно сильным эффект может быть при росте пленок нанометровой толщины или при росте самоорганизующихся квантовых точек, то есть с контролируемой концентрацией и геометрическими размерами.

«Есть предположение о том, что изменение электрического потенциала поверхности происходит из-за генерации точечных дефектов с глубокими уровнями в запрещенной зоне, которые могут перезаряжаться (принимать заряд и передавать его). Допустим, возникают вакансии (вакансия — место, где в случае идеального кристалла должен располагаться атом, но в действительности его в этом положении нет) в подповерхностных слоях, или атом занимает промежуточное положение между узлами решетки, что изменяет сам потенциал поверхности. Хотелось бы с помощью молекулярной динамики увидеть момент зарождения таких точечных дефектов», — объясняет молодой ученый.

После того, как обучение в Школе закончилось, участников программы отвезли на экскурсию на синхротронную установку MAX IV и на место строительства нового европейского линейного ускорителя частиц European Spallation Sourse (ESS) в Лунде (Швеция).