В Воронежском госуниверситете займутся подготовкой кадров для работы на синхротронных установках мирового уровня
Изучение атомной и электронной структуры функциональных материалов с помощью высокоинтенсивного синхротронного излучения позволит нам понять, почему (и как!) электронные устройства могут работать лучше или, например, почему мы болеем и как лечиться. В России исследования такого уровня ведутся в большом количестве научных организаций, с 1999 года на базе Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» работает синхротронная установка, две новые — «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) и «Сила» — строят, соответственно, в Новосибирске и в Протвино. Запланировано и создание других крупных научных установок класса «мегасайенс».
Перед российскими учеными стоит задача к моменту запуска этих масштабных установок подготовить компетентные молодые кадры, которые будут способны работать на них и применять в России специализированные навыки на стыке многих наук: физики, химии, биологии и других. Решением этой задачи уже занимаются, в частности, исследователи Воронежского государственного университета (ВГУ), который стал одним из победителей конкурса Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019–2027 годы.
Научная группа под руководством доктора физико-математических наук Сергея Турищева вместе с коллегами из Курчатовского института, Удмуртского федерального исследовательского центра и Коми научного центра Уральского отделения РАН, а также ОАО «Воронежский завод полупроводниковых приборов — Сборка» стали обладателями гранта Минобрнауки России.
На фото: руководитель проекта Сергей Турищев
По словам Сергея Турищева, доцента, исполняющего обязанности заведующего кафедрой общей физики физфака ВГУ, исследовательская часть проекта вуза включает свыше 40 научных тем, ориентированных на развитие синхротронных исследований определенных материалов, а также структур и физических явлений на их основе. Особый упор в ходе исследовательской работы ученые планируют сделать на изучении так называемых материалов малого размера — наноматериалах, структурах на их основе, биоматериалах, биогибридных материалах и т.д.
«Это полупроводниковые материалы, наноматериалы на основе прорывных решений для электроники и материалы, которые создаются по природному подобию или включают в себя биоэлементы: клетки, молекулы. В сочетании с наноматериалами их называют биогибридными материалами», — поясняет Сергей Турищев.
Практическое применение целого ряда изучаемых материалов фактически не имеет границ. Как и применение прорабатываемых методов их исследований и высокоточной диагностики, нужных везде, где необходимо глубокое понимание фундаментальных, основополагающих характеристик изучаемых структур, буквально на атомном и субатомном уровне, с проявляемыми свойствами, несущими полезную функцию. Поэтому такие материалы и называются функциональными. Отличный пример — наноструктуры на основе кремния и его соединений, являющиеся основным материалом электронных устройств. Помимо этого всем известного факта, наночастицы кремния при интеграции с клетками имеют перспективы применения в такой интересной и важной области как тераностика (сочетание терапии и диагностики).
Определяющая компонента исследовательской программы проекта ВГУ — это взаимодействие с научными центрами, и в первую очередь с Курчатовским институтом, на синхротронной станции которого будут вестись исследования. Важно взаимодействие с федеральными научными центрами: Удмуртским и Коми научными центрами. По словам Сергея Турищева, это свидетельствует о распределенной территориальной связанности проекта, в том числе в используемых современных научных практиках.
«Тот факт, что соисполнителем нашего проекта является организация — представитель реального экономического сектора, — это тоже очень важно, потому что в рамках работы у нас планируется применение целого ряда синхротронных технологий для участия в решении практических задач, использования имеющихся и прорабатываемых междисциплинарных и межотраслевых компетенций», — говорит ученый.
На фото: В рамках гранта коллектив ВГУ продолжит сотрудничество с Курчатовским институтом
Благодаря гранту, часть которого уже в ближайшем будущем получит ВГУ, вуз планирует и создание большой и распределенной инфраструктурной базы. Сейчас синхротронная станция, работающая в области ультрамягкого рентгеновского излучения, действует только в Курчатовском институте. В строящихся в России синхротронных центрах планируются к запуску новые, однако, по словам Сергея Турищева, часть исследовательских или диагностических технологий и подходов, перед тем как ввести их в функционал станций, можно прорабатывать в лабораторных условиях, позволяя разгрузить бесценное время использования синхротронного излучения «на месте».
«Станция одна, а ученых много, еще больше исследовательских задач. Благодаря гранту у нас есть уникальный шанс расширить ее возможности, использовать их в дальнейшем. В Воронежском университете планируется апгрейд оборудования — это большой исследовательский комплекс, научные приборы, сочетание которых позволит нам прорабатывать имеющийся опыт здесь, на месте, с целью дальнейшего расширения, в первую очередь, в связке со станцией «НаноФЭС» в Курчатовском институте», — рассказывает доктор физико-математических наук.
Еще одно направление, в котором предстоит в рамках проекта двигаться научной группе ВГУ, — образовательное. В университете имеются образовательные программы уровня бакалавриата и магистратуры с набором дисциплин, связанных с синхротронными технологиями. Проект подразумевает запуск и новых курсов.
«В рамках этих программ мы будем добавлять к компетенциям наших выпускников, молодых ученых новые знания. Примечательно, что та команда, которая работает сейчас со мной, практически полностью состоит из молодых специалистов до 35 лет, тем не менее, уже обладающих запасом практики применения синхротронных технологий диагностики и исследований, опытом работ в реальных синхротронных центрах», — объясняет Сергей Турищев.
При переподготовке компетентных кадров в Воронежском университете делают ставку не только на собственный опыт ведущих научных школ, наработка которого в области синхротронных исследований началась еще в 1980-х годах, но и на многолетний опыт международного сотрудничества вуза.
«У нас есть обширный опыт работы с научными организациями и синхротронами Германии, США, Японии и других стран, и есть предварительные договоренности с учеными, которые примут участие и в исследовательской части наших работ, и в образовательной части. Наши коллеги готовы своим опытом поделиться. Очень важно, что это ведущие ученые, и они могут эффективно преподнести эти знания», — говорит доктор наук.
На фото: Совместные эксперименты на синхротроне в области спектромикроскопии совместно с представителями международного научного коллектива из Германии.
На решение этих задач в рамках конкурса вузу в течение трех лет будет направлено 305 млн рублей. Всего на исследования в области синхротронных и нейронных исследований в 2021‒2023 гг. будет направлено 6,9 млрд рублей, которые, помимо Воронежского государственного университета, будут распределены между 20 научными организациями.