Российские исследователи из МГТУ им. Н.Э. Баумана и ВНИИ автоматики Росатома добились выдающихся результатов в области создания новых наноматериалов. В результате работы была разработана передовая методика получения металлических пленок, обладающих абсолютно уникальной степенью гладкости — их шероховатость в миллион раз меньше толщины человеческого волоса. Такие материалы открывают путь к разработке вычислительных и диагностических устройств будущего: от прорывных квантовых компьютеров до принципиально новых медицинских приборов с высочайшей чувствительностью.
Технологический скачок: инновация мирового уровня
В центре научного прорыва оказался Научно-образовательный центр "Функциональные микро/наносистемы" (НОЦ ФМН) — совместное детище МГТУ им. Н.Э. Баумана и ВНИИ автоматики Росатома. Сотрудникам этого центра удалось не только сконструировать и внедрить оригинальное оборудование для получения высококачестенных материалов, но и создать серийную технологию, позволяющую массово изготовлять совершенные металлические пленки с минимальными потерями энергии. Такой результат ранее считался практически недостижимым и соответствует теоретическим пределам—настоящий скачок в развитии современной техники и науки.
Революция в материалах для квантовых и медицинских устройств
Долгое время несовершенство поверхности материалов оставалось главным препятствием для формирования чувствительных диагностических приборов, мощных квантовых компьютеров или абсолютно защищённых коммуникационных систем. Ведущие лаборатории многих стран мира посвятили десятилетия поиску решения этой сложной задачи. Исследователи же из России предложили совершенно иной — инновационный — подход, позволивший формировать сверхгладкие структуры доселе невиданного качества.
Технология SCULL: управление на уровне атомов
Менее чем за два года специалисты реализовали проект по созданию уникальной установки для осаждения сверхгладких серебряных пленок при условиях глубокого вакуума. Особенность новой технологии SCULL заключается в сверхточном контроле роста кристаллической структуры материала на атомарном уровне. Это позволяет получать практически бездефектные металлические пластины толщиной в считанные десятки нанометров и с шероховатостью поверхности всего 90–200 пикометров — величиной, сравнимой с диаметром отдельного атома!
Важное преимущество этого метода — его относительная экономичность. Новая технология не требует сверхдорогого оборудования, а потому может быть внедрена практически в любом современном исследовательском центре или лаборатории, что упрощает массовое распространение передового подхода.
Комментарий Ильи Родионова: новые горизонты для нанофотоники и биомедицины
Директор НОЦ ФМН Илья Родионов с энтузиазмом констатирует: сегодня российские ученые на практике умеют синтезировать структурно идеальные металлические пленки с поверхности, гладкость которой достигает предела одной кристаллической ячейки. Такого уровня невозможно было достичь даже наиболее авторитетным зарубежным коллективам. Эти технологии, уже внедряемые для создания интегральных нанофотонных устройств, биосенсоров и вычислительных систем нового поколения, позволяют уверенно смотреть в будущее.
«Мы фактически научились конструировать металлические пленки, структура и поверхность которых предельно близки к теоретическому идеалу. Сегодня они применяются в самых передовых разработках — от квантовых вычислительных схем до биомедицинских сенсоров», — отмечает Илья Родионов.
Международное признание и патентование открытия
Экспериментальные итоги новых российских исследований не только соответствуют, но и заметно превосходят наработки ведущих мировых групп — даже тех, что занимались развитием подобных технологий последнюю четверть века. Сегодня команда ученых из России уже подала заявку на международный патент, охраняющий техническое первенство более чем в 140 странах. Это подтверждает российский приоритет на мировом рынке нанотехнологий и подчеркивает значимость открытия для развития современной науки и индустрии.
В Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации особо отметили, что комплексная технология, разработанная в НОЦ ФМН, позволяет по-новому взглянуть на фундаментальную физику процессов на наноуровне и реализовывать проекты, которые давно считались научной фантастикой.
Важность и перспективы: старт эпохи новых материалов
Полученные результаты способствуют появлению перспективных устройств, способных работать на новых физических принципах и обеспечивать небывалую точность измерений и вычислений. Применение совершенных металлических пленок с ультранизкой шероховатостью открывает широкие горизонты для создания надежных систем квантовой безопасности, передовых диагностических платформ в здравоохранении и новых генераций вычислительной техники.
По сути, команда МГТУ им. Н.Э. Баумана, ВНИИ автоматики Росатома под руководством Ильи Родионова совершила значительный рывок в развитии материаловедения, приблизив момент перехода к будущему, где квантовые вычисления и совершенная диагностика станут частью повседневной реальности.
Изображение: SEM-микрофотографии показывают развитие структуры пленки серебра на втором этапе формирования после достижения толщины 10 нм. (Rodionov, I.A., Baburin, A.S., Gabidullin, A.R. и др., Quantum Engineering of Atomically Smooth Single-Crystalline Silver Films, Sci Rep 9, 12232, 2019).
Источник: scientificrussia.ru
