В Новосибирском государственном университете продолжают реализовать свои проекты участники молодежного конкурса «Рентгеновские, синхротронные, нейтронные методы междисциплинарных исследований», который проводится уже второй год. Отличившихся конкурсантов зачислили в лаборатории, задействованные в масштабном проекте «Структурные исследования и радиационные испытания перспективных материалов с использованием синхротронного излучения и нейтронов». Данный проект направлен на формирование сообщества специалистов из различных областей физики, химии, биологии, геологии, материаловедения, готовых с максимальной эффективностью воспользоваться возможностями, которые откроются перед ними с введением в эксплуатацию Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ).
Ликвидация синхротронной неграмотности
– Конкурс научно-исследовательских проектов «Рентгеновские, синхротронные, нейтронные методы междисциплинарных исследований» проводится в НГУ второй год. В прошлом году поддержку программы «Приоритет 2030» получили 27 проектов, в этом – 39. Часть проектов была продлена, а реализация нескольких прекращена в связи с тем, что их разработчики окончили свое обучение в НГУ. Однако все молодые исследователи, проекты которых получили поддержку, отмечают ее значимость. Благодаря программе «Приоритет 2030» им удалось реализовать свои научные идеи, получить доступ к необходимому для исследований оборудованию и материалам, а также возможность работать в различных лабораториях. В конкурсе участвовали представители нескольких факультетов – физического, факультета естественных наук, геолого-геофизического и факультета информационных технологий. Большинство проектов молодых ученых представляют собой междисциплинарные исследования, которые в будущем могут быть продолжены в СКИФе, – сказал председатель комиссии конкурса, заведующий кафедрой физических методов исследования твердого тела Физического факультета НГУ профессор Сергей Васильевич Цыбуля.
СКИФ должен быть максимально загружен, для этого необходимо создать сообщество его пользователей с готовыми разработками и образцами, которые предстоит подвергнуть рентгеновским, синхротронным, нейтронным методам исследований. На данном этапе, по мнению Сергея Васильевича, первоочередная задача – ликвидировать синхротронную безграмотность таким же образом, как ранее была ликвидирована компьютерная.
– Для российской науки центры синхротронных исследований были малодоступны, поэтому немногие ученые владели этими методами. Наша цель – расширить круг пользователей этого новейшего оборудования. Мы хотим, чтобы наши ребята осваивали передовые методы исследований, применяли их к решению своих конкретных задач, и стали тем ядром пользователей, которое должно сформироваться вокруг СКИФа в междисциплинарных исследованиях. Молодым исследователям предстоит решить несколько задач. Они могут уже сейчас участвовать в проектировании станции СКИФ и разработке элементов/единиц оборудования, которое будет на ней установлено, или готовиться к моменту ее открытия стать уверенными ее пользователями. СКИФ – это уникальный инструмент, который применим для широкого круга исследований, в различных областях – химия, физика, материаловедение, минералогия. Объекты изучения различны, но методы сходные, - сказал Сергей Васильевич.
Кузница кадров для СКИФа
Часть молодых исследователей, проекты которых были поддержаны по итогам конкурса, уже трудоустроены в СКИФ в качестве научных сотрудников или проходят процесс трудоустройства, но немало вакансий остаются незакрытыми. Перед руководством СКИФа стоит задача – набрать штат из 400 сотрудников к концу 2024 года. В настоящее время занято только 100 рабочих мест.
– Мы готовы принимать на работу молодых специалистов на должности инженеров и младших научных сотрудников с перспективами кадрового роста. НГУ – это кадровая кузница для СКИФа. Мы со своей стороны поддерживаем проведение этого конкурса, разделяем его цели и задачи. На текущем этапе очень важно создать для студентов и аспирантов стимул для саморазвития, чтобы они стремились узнавать новое, углублять свои навыки использования всего этого широкого инструментария, который будет им доступен с запуском СКИФа. Мы их ждем и в качестве пользователей установки синхротронного кольцевого источника фотонов, и в качестве сотрудников. Сейчас мы проходим критическую точку – чуть больше года остается до начала регулярной работы СКИФа, когда ученые смогут приезжать к нам со своими образцами для реализации своих научных планов. Нам нужны сотни, тысячи пользователей, у которых использование синхротронных методов вписано в программу проведения исследований и необходимо для получения итогового результата. Потенциальные пользователи могут представлять самые разные научные направления, в том числе социально значимые, которые в настоящее время определяют передовой край науки – химия, материаловедение, биомедицина, науки о жизни, археология, палеонтология, изучение объектов культурного наследия и многое другое, – пояснил один из членов комиссии конкурса, заместитель директора по научной работе ЦКП «СКИФ» д.ф.-м.н. Ян Витаутасович Зубавичус.
СКИФ может использоваться и как уникальный современный образовательный полигон, где студенты разных специальностей могут достаточно быстро превратить свою исследовательскую идею в конкретный результат, пользуясь самым передовым оборудованием, под руководством высокопрофессиональных наставников.
Дышащие кристаллы
Проект аспирантки первого курса Физического факультета НГУ Кристины Смирновой посвящен исследованию «дышащих» кристаллов – координационных соединений на основе меди и нитроксильных радикалов. Их особенность состоит в аномальной эластичности. В процессе циклов нагревания-охлаждения кристаллы этого вещества могут претерпевать изменения в объеме, достигающие 12 %.
– «Дышащие» кристаллы при нагревании и охлаждении расширяются и сжимаются подобно грудной клетке при дыхании, и при этом они не разрушаются. Кроме того, в процессе таких трансформаций они могут менять цвет, реагируя на изменения температуры или внешнего давления, а также облучение светом. В процессе такого внешнего воздействия в «дышащих» кристаллах происходят магнитные фазовые переходы. Благодаря этим свойствам, они могут использоваться для создания сенсоров на внешнее воздействие, например, для космической промышленности.
Научная работа, получившая поддержку программы «Приоритет 2030», включала в себя исследование подкласса «дышащих» кристаллов, которые претерпевают фазовые переходы в температурном диапазоне 170-350 кельвин (примерно от -100 до 70 градусов по Цельсию). Такие температуры возможны лишь в космосе. С использованием таких кристаллов можно создать температурный сенсор, а в перспективе – сенсор, ориентированный на изменение давления, – сказала исследовательница.
Кристина Смирнова проводит свои исследования на базе Международного томографического центра СО РАН. Ею применяются методы магнетохимии, рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов. С открытием СКИФа появится возможность исследовать вещества на станции рентгеновского магнитного кругового дихроизма, которая позволит определить магнитные свойства отдельных молекул, которые образуют кристалл. Добиться этого на другом оборудовании не представлялось возможным.
Уникальная методика
Аспирант первого курса Физического факультета НГУ Егор Айдаков изучает особенности фотоэлектронных спектров кобальта и его оксидов. Молодой человек отмечает, что данная работа носит фундаментальный характер и позволяет расширить базы данных.
– Моя работа была нацелена на то, чтобы методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии сделать некоторую модель разложения спектра кобальта и его оксидов. Кобальт имеет довольно сложную структуру спектра, наблюдаются различные дублеты, мультиплетные расщепления, помимо этого, на спектре наблюдается смещение положений линий, так называемые химсдвиги, которые соответствуют различным состояниям катионов кобальта. Кроме того, оксиды кобальта имеют различную электронную конфигурацию, что также оказывает влияние на вид спектра. Я выполнял свою исследовательскую работу на базе Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, уже многократно использовал полученные результаты при работе с реальными катализаторами и делился своим методом с коллегами. По данной теме я защитил магистерскую диссертацию, моя разработка уже используется и внедряется, – объясняет Егор Айдаков.
Молодой человек проводил эксперименты по рентгеновской дифракции на базе Института ядерной физики, что позволило зафиксировать конкретные условия синтеза реперных соединений. Он уверен, что разработанная им методика может использоваться в СКИФе.
Мост к экстремофилам
Анна Гайдамака участвовала в конкурсе как аспирант кафедры химии твердого тела факультета естественных наук. Сейчас она окончила обучение и является ассистентом той же кафедры. Ее работа связана с методом монокристальной рентгеновской дифракции в экстремальных условиях высоких давлений и низких температур. С его помощью Анна исследует кристаллы солей азотистых оснований.
– Данные объекты могут рассматриваться как биомиметические объекты, то есть имитирующие свойства биоматериалов или созданные на основе принципов, реализованных в живой природе. Производные многих азотистых оснований могут быть перспективными кандидатами для использования в качестве лекарственных соединений. Я исследовала ряд солей гуанина и аденина с точки зрения их устойчивости в широком диапазоне температур и давлений. Выяснилось, что при охлаждении эти кристаллы сохраняют свою кристаллическую структуру. Этот факт может стать неким мостом к изучению фундаментальных проблем, связанных с жизнью экстремофилов – организмов, способных выживать в очень суровых условиях. Азотистые основания - это структурные элементы ДНК и РНК, которые являются хранителями наследственной информации, поэтому их устойчивость при охлаждении и высоком давлении очень важна. При исследованиях кристаллов солей азотистых оснований мы наблюдали различные эффекты, но всегда отмечалась их высокая устойчивость и характерные фазовые превращения, связанные с адаптацией структуры, – рассказала Анна Гайдамака.
Для исследования таких сложных объектов потребовались современные лабораторные дифрактометры. Благодаря поддержке проекта программой «Приоритет 2030» Анна Гайдамака получила возможность часть экспериментов выполнить в ЦКП ФНИЦ «Кристаллография и фотоника РАН» (г. Москва), располагающем необходимым оборудованием. Кристаллы азотистых оснований, как правило, имеют малый размер и являются слабо рассеивающими рентгеновское излучение объектами, поэтому их исследование на лабораторных источниках не всегда возможно. Использование синхротронного излучения позволит расширить круг объектов, а также сократить время проведения эксперимента, что может быть особенно важно при исследовании быстропротекающих превращений. Поэтому исследовательница намерена продолжить эксперименты в СКИФе.
Пьезоэлектрики под давлением
Работа аспиранта первого курса Физического факультета Марка Хайновского, выпускника совместной магистерской программы МОФХИКФ кафедр ХТТ ФЕН и ФМИТТ ФФ НГУ , посвящена исследованию кристаллов, обладающих пьезоэлектрическими свойствами, находящихся в экстремальных условиях, а именно – при высоком давлении.
– Моя работа нацелена на то, чтобы связать результаты высоко прецизионных дифракционных экспериментов на синхротронном источнике в Гренобле с выводами из теоретических расчетов методами квантовой кристаллографии. Кроме того, это важно для будущих экспериментов, которые можно проводить на СКИФе, потому как позволяет теории и эксперименту взаимно дополнять друг друга. Суть моей работы заключается в том, чтобы выяснить, как электронная структура кристаллов, смоделированная при помощи современных программных пакетов, коррелирует с экспериментальными дифракционными данными, а также, каким образом изменение кристаллической структуры и электронного строения связаны с пьезоэлектрическими свойствами материалов, находящихся в условиях высокого давления, – пояснил Марк Хайновский.
Применить полученные данные можно прежде всего при дизайне различных сенсоров и датчиков. И поскольку изучению подвергаются не простые пьезоэлектрики, а органические, это также может натолкнуть исследователей на применение таких сенсоров в медицине. Проект Марка Хайновского получает поддержку программы «Приоритет 2030» на протяжении почти двух лет. Молодой исследователь считает такой способ поддержки молодых ученых очень важным для фундаментальных исследований.
Первые итоги
В июне молодые исследователи сдали отчеты с результатами своих работ, рассмотрев которые конкурсная комиссия приняла решение о продлении поддержки исследований на второе полугодие 2023 года. Окончательные итоги подведут в декабре, а потом с большой долей вероятности будет объявлен новый конкурс.
–
Благодаря программе «Приоритет 2030» студенты и аспиранты получили возможность реализовать свои научные интересы и проявить себя в качестве серьезных исследователей. А главное, обрели очень хорошие перспективы относительно своей дальнейшей научной карьеры. По итогам конкурса в течение первой половины этого года уже опубликованы тезисы по материалам их исследовательских работ – 34 в сборниках различных всероссийских конференций и более 10 – в сборниках зарубежных конференций. Также опубликовано или подано в печать 10 статей в отечественных и зарубежных научных журналах. Нашими участниками проектов защищено 14 бакалаврских и магистерских, а также аспирантских научно-квалификационных работ. По результатам конференций и конкурсов молодые исследователи получили свыше 10 различных наград. Следует подчеркнуть, что многие из этих показателей либо совпали, либо даже превзошли результаты, полученные за весь прошлый год, – отметил заведующий учебно-научной лабораторией рентгеновских и синхротронных методов исследования физического факультета НГУ, секретарь конкурсной комиссии
Василий Никулин.
.jpeg)
