Молодые ученые: Павел Винокуров и его революционные открытия

Молодые исследователи Якутии: Павел Винокуров

Сегодня в рубрике «Молодые исследователи Якутии» подробный рассказ о своей работе на сложном дорогостоящем оборудовании научного сотрудника лаборатории «Графеновые нанотехнологии» ФТИ СВФУ имени М.К. Аммосова Павла Васильевича Винокурова. Приятного просмотра

Наша справка: Винокуров Павел Васильевич является научным сотрудником лаборатории «Графеновые нанотехнологии» физико-технического института Северо-восточного федерального университета имени М.К. Аммосова. Он начал заниматься научной работой в 2006 году на кафедре «Радиофизики и электроники» ФТИ СВФУ.

Винокуров П.В. окончил Физико-технический институт дипломом с отличием, проявив большой творческий потенциал, целеустремленность и трудолюбие, обретя желание заняться научно-исследовательской работой.

В течение своей научной деятельности он становится лауреатом стипендии имени М.К. Аммосова, ректорской стипендии, гранта В.П. Ларионова, государственной стипендии АН РС(Я) 2012 года, гранта «УМНИК» 2013 года,  Гранта Главы Республики Саха (Якутия) для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов в 2015 году.

Тема диссертационной работы П.В. Винокурова относится к области исследований свойств структур на основе дисульфида молибдена. Эта тема актуальна в связи с тем, что многослойные гетероструктуры на основе дисульфида молибдена активно исследуются как двумерных материал для опто- и наноэлектроники. Такие слои интересны также возможностью создания приборов, работающих на основе квантово-размерных эффектов при относительно высокой температуре.

За время выполнения диссертационной работы П.В. Винокуровым проделана большая экспериментальная работа по изучении свойств материалов по методу зарядовой изотермической спектроскопии, по вольт-емкостным характеристикам с импульсным сканированием, по квазистатическим вольт-амперным характеристикам, по кинетике величины стекающего заряда свободных носителей и носителей с центров захвата после возбуждения электрическими импульсами.

Для читателей предлагаем два бонусных материала – Информационный отчет Винокурова Павла Васильевича по научной стажировке в Манчестерском университете (Национальный графеновый институт) в 2017 году и интереснейший рассказ основателя лаборатории С.А. Смагуловой

В здании графенового института функционирует первая в мире двухэтажная «чистая комната». В течение одного месяца проходил инструктаж для допуска в «чистую комнату». В результате этого вида деятельности, мне были показаны несколько рецептов для работы на установке spin-coater. Также был показан метод подготовки подложек для последующего их использования.

«Чистая комната» работает круглосуточно, поэтому там можно работать в любое время, но обязательно присутствие напарника, на экстренный случай. Комната оборудована всем необходимым для создания двумерных материалов и измерительными приборами для проверки электрических контактов. Основное измерительное оборудование стоит в здании физического факультета в студенческом городке Манчестерского университета (здание Шустера). 

Для создания контактов использовался сплав золота и хрома. Проявление нанесенных контактов происходило в ацетоне, под действием слабого ультразвука. В результате этих работ были созданы два образца графена с 8 контактами для последующего измерения в магнитном поле при температуре жидкого гелия.

Следующим этапом стажировки стало обучение на установке для создания Ван дер Ваальсовских гетероструктур. В качестве основных материалов для меня служили гексагональный нитрид бора, дисульфиды молибдена и вольфрама. Данные материалы были выбраны, т.к. в нашей якутской лаборатории начали выращивать дисульфид молибдена методом газофазного осаждения. Моноатомный дисульфид молибдена является прямозонным полупроводником, который имеет большие перспективы для использования в солнечных элементах и других оптических приборах. Были исследованы его структурные свойства и сняты спектры фотолюминесценции.

Установка для переноса чешуек представляла собой микроскоп с держателем (см. Рис.), на который предварительно был перенесена пленка PMMA с готовой чешуйкой. Столик данного прибора мог нагреваться для лучшей адгезии пленки PMMA и поверхности кремниевой подложки. Лучшей двумерной подложкой для двумерных материалов является гексоганальный нитрид бора, на который можно переносить различные однослойные чешуйки. Мною была создан графеновый контакт на дисульфид молибдена (см. Рис.).

Также познакомился с разными исследователями. Научный сотрудник из Дублина занимается выращиванием CVD графена и дисульфида молибдена. В самом «Графеновом институте» занимаются двумерными материалами. Также очень много приходящих и занимающихся наукой ребят из других стран в том числе и из Российских вузов. Очень много ребят из Сколтеха и МФТИ, те кто приезжает поработать, и те, кто учится. При личной встрече с профессором Константином Новоселовым (Нобелевский лауреат родом из России), я рассказал ему о нашем университете и лаборатории. Он был удивлен, что так далеко в Сибири тоже занимаются графеном и двумерными материалами.

Установка лазерной литографии использовалась для создания золотых контактов, которые можно будет использовать несколько раз. Меня обучили рецептам для создания фоторезистов для лазерной литографии и программе для конвертирования изображений контактов.

Таким образом, в ходе прохождения 2-х месячной командировки обучился двум видам литографий (электронной и лазерной), работе на центрифуге, использованию специальной программы на «Матлабе». Научился работать на установке для переноса чешуек и получения ван дер Ваальсовских гетероструктур. Были сняты электрические характеристики графена в магнитном поле при температуре жидкого гелия. Установлены связи с представителями Национального графенового института – профессором Константином Новоселовым и молодыми исследователями из Российских вузов (МФТИ и СколТеха). В процессе прохождения стажировки были сделаны образцы, которые необходимы для дальнейшего исследования в Якутске.

Также приводим интереснейший рассказ основателя якутской «графеновой лаборатории» Светланы Смагуловой, который позволит читателям на мгновение проникнуться вкусом научно-исследовательской работы ученых-экспериментаторов, попутно прикоснувшись к славной истории республики и страны.

Вот что она пишет: «Должность декана позволила приобрести первую измерительную установку ASEC-3 (Q-DLTS). Эта установка была заветной мечтой. Установка была изготовлена конструкторским бюро института радиоэлектроники РАН в Москве. На инсталляцию установки приезжали специалисты – Василий Поляков и Александр Рукавишников.

Позволю себе подробно рассказать об этом уникальном измерительном оборудовании, которое сыграло большую роль в научной деятельности.

В 1974 году Лэнг изобрел уникальное оборудование, измеряющее электрофизические характеристики полупроводников: емкостная спектроскопия глубоких уровней. У этого метода два уникальных преимущества: высокая чувствительность (на 2-3 порядка выше имеющихся модификаций методов) и, что самое главное, его селективность. Установка позволяла фиксировать по отдельности сигнал с каждого электрически активного центра. Это была своего рода революция в измерительной технике.

В 1979 году, когда я собиралась поступать в аспирантуру в ИФП г. Новосибирск, мне понадобилась измерительная установка и я со своим студентом с Сережей Шаймеевым вручную изготовили самодельную установку емкостной спектроскопии. Физики тех лет, наверное помнят, что все установки приходилось делать своими руками, имелись только отдельные приборы. На этой установке был проделан ряд пионерских экспериментальных работ и защищена моя кандидатская диссертация на тему: «Исследование взаимодействия между радиационными дефектами в кремнии». Головной организацией для защиты диссертации был назначен ФИАН в Москве. Я выступила с докладом в лаборатории Вавилова Виктора Сергеевича, сына знаменитого Сергея Вавилова. После моего доклада Виктор Сергеевич сказал, что наша установка является первой в Советском Союзе. Он добавил: «Пробита брешь в науке, если бы я мог, я бы вам сразу присвоил степень доктора наук». Я была в шоке от этих слов и запомнила эти слова навсегда.

Тогда я поняла одну вещь: «Чем крупнее личность человека, тем быстрее он признает успехи других людей и может об этом заявлять публично». Далее Виктор Сергеевич попросил меня написать одну лекцию про метод емкостной спектроскопии, про его конкретную реализацию совместно с Сергеем Шаймеевым, про наш метод обработки полученных данных. Я быстро написала лекцию и отправила ему. Почти через десять лет после этого, в лаборатории радиационной физики мне показали книжку с лекциями Виктора Сергеевича Вавилова, и там, действительно, была напечатана моя лекция со ссылкой, что лекция написана Смагуловой С.А. Я была очень растрогана этим. Это была еще одна характеристика великого человека, выполнять обещанное, – сделать ссылку на никому не известную девушку из Якутии!  Много лет Вавилов читал эти лекции в МГУ.    

Вспоминая В.С. Вавилова, я не могу не вспомнить своего великого учителя по физике Алексеева Михаила Андреевича, которому 5 мая 2027 года исполнится 110 лет. Когда я училась в седьмом классе в Верхневилюйской школе появился новый учитель физики – Михаил Андреевич. Он организовал кружок физики, куда он записал и меня. В то время моим любимым уроком была физкультура, я мечтала стать учителем физкультуры. В кружке мне было скучно и я перестала туда ходить. Тогда Михаил Андреевич пришел к нам домой! Убедил моих родителей, и я под контролем родителей стала посещать кружок физики. Он подружился с моими родителями, Мачаховым Афанасием Поликарповичем, учителем математики и Марией Ивановной, учительницей начальных классов. Он всегда хвалил моих родителей, ставил их мне в пример, и как-то сказал: «Твои родители – мои друзья». Я это запомнила. Дружба – это великая, ценная вещь и не всем она дается.

В восьмом классе мы с Михаил Андреевичем впервые поехали в Якутск на олимпиаду. Мне повезло, я победила в республиканской олимпиаде по физике. Тогда меня отправили на олимпиаду в Москву. Там тоже повезло, и я попала в десятку лучших школьников по физике среди восьмых классов в Советском Союзе. Нас десятерых вызвали на сцену в конференц-зале МФТИ для поздравления, и получилось так, что поощрительный приз мне вручал Ландау Лев Давидович (лауреат Нобелевской премии по физике от СССР, крупнейший физик-теоретик и наставник молодых)!

Теперь можно сказать образно, – пожатие руки Ландау определило мой выбор профессии, я решила стать физиком и заниматься наукой. Мой успех целиком и полностью принадлежал Михаилу Андреевичу. Он смог на школьном кружке вложить в меня столько знаний. В тот же год он открыл первый физико-математический класс в Якутии и пригласил меня туда учиться…

В мае 2007 года я съездила во Фрязино и привезла установку DLTS. Это был знаменательный момент в моей истории. Физик-экспериментатор без измерительного прибора, а теперь и без технологического оборудования, НИКТО и НИЧТО в научном мире. После покупки установки DLTS научная жизнь закипела. После 22 летнего перерыва я наконец-то смогла вернуться в науку.

Благодаря купленной установке в 2008 году мы совместно с новосибирцами выиграли два гранта: РФФИ и АВЦП. Статьи стали успешно печататься в высокорейтинговых зарубежных журналах.

Был выигран грант на покупку установки «Наноэдьюкатор» производства НТ МДТ. Василий Попов сильно помог при первых измерениях на этой установке. Он был заинтересован нанотехнологиями, мы стали с ним чаще общаться, а позже он согласился стать старшим научным сотрудником в лаборатории «Графеновые нанотехнологии»…

Сайт Академии наук Якутии: https://asyakutia.ru/

Подписывайтесь на каналы и социальные сети Академии наук Якутии:

https://rutube.ru/channel/24490370

https://vk.com/public217206078

Марфа Егорова — новое поколение ученых. Читайте здесь