У рамках проекту «Laser assisted photochemical structural response in non-linear chalcogenide photonic media: in-situ synchrotron and DFT study» двоє науковців УжНУ побували в місті Трієсті – міжнародному центрі синхротронного випромінювання: проводили там наукові дослідження й отримали оригінальні результати.

Мали змогу експериментувати на Sincrotrone-Trieste з 10 до 21 квітня. Керівником проекту виступив професор кафедри твердотільної електроніки фізичного факультету УжНУ Володимир Міца.

Доцент кафедри твердотільної електроніки з/c інформаційної безпеки Олександр Кондрат зауважив, що це вже далеко не перша поїздка до Італії на синхротрон Elettra: «Синхротрон – це прискорювач елементарних частинок (електронів), який працює в межах енергій 2–2.4 ГеВ. Електрони в прискорювачі рухаються по колу, розганяючись  близько до швидкості світла. При зміні їх траєкторії руху спеціальними магнітами (ондуляторами) вони генерують електромагнітне випромінювання, яке й використовується науковцями в експериментах. Далі ці електромагнітні хвилі потрапляють в одну з понад десяти лабораторій синхротрону, розміщених також по колу.

У кожній із них вони проходять складні системи фокусування і монохроматизації. Випромінювання, виділене монохроматором, уже безпосередньо використовується для досліджень матеріалів. Потрапляючи на досліджуваний матеріал, електромагнітні хвилі вибирають з нього електрони. Аналізуючи ці вибиті електрони (їх кількість та енергії) в спеціальному пристрої – аналізаторі, можна судити про структуру досліджуваного матеріалу.

Саме цим ми й займаємося – вивчаємо структуру під дією різного роду модифікаторів. У нашому випадку це лазерне випромінювання різних довжин хвиль. Наші напрацювання Європі цікаві, тому маємо фінансову підтримку на дослідження. Експерименти успішні – ми виявили дещо, що може стати свого роду сенсацією у науковому світі».

Ще один науковець нашого вишу Роман Голомб, старший науковий співробітник Інституту фізики і хімії твердого тіла, доцент кафедри інформаційних управляючих систем та технологій, докладніше розповів, над чим працювали:

«Ми досліджуємо матеріали, перспективні тепер для створення активних і пасивних фотонних середовищ, які в майбутньому дадуть можливість замінити електрон на фотон у пристроях передачі і обробки інформації.

Передбачається, що розвиток фотонних технологій дасть можливість реалізувати оптичні процесори і створювати т. з. системи повнооптичної обробки інформації (англ. all optical signal processing). Перевага таких систем очевидна: це і суттєвий ріст у швидкодії порівняно з електронними аналогами (процесорами), і надзвичайно висока інформаційна місткість каналів тощо.

Прототип такої системи, нещодавно створений науковцями Сіднейського університету (Австралія), показав можливість безпомилкової роботи в терабітному діапазоні, що, наприклад, дозволяє передати по каналу вміст приблизно сімнадцяти повних DVD-дисків за секунду. Фотонним середовищем у цьому прототипі виступили якраз халькогенідні матеріали, дослідженням яких ми і займаємося.

Приємно також зауважити, що автори цієї роботи покликаються на результати наших досліджень фотоіндукованих перетворень структури. Таким чином, можна сказати, що ми активно вивчаємо взаємодію когерентного світла з нашими халькогенідними матеріалами, а також перетворення зв'язків та зміну структури, викликану їх лазерним опроміненням».

Роман Михайлович також додав, що вони вже мали можливості проводити декілька наукових досліджень на синхротроні Elettra Lab. в Трієсті.

«Перші наші експерименти були свого роду ознайомленням з цією надзвичайно поверхнево-чутливою методикою, вивченням її можливостей та особливостей. Ми діставали суттєві наукові здобутки, але результат завжди супроводжувався наявністю певної частки «чужорідних атомів» (вуглецю, кисню тощо), які не мали входити до складу нашого матеріалу – вони «приєднувалися» до нашої поверхні під час транспортування та контакту з повітрям.

За шість років напрацювань нам усе ж удалося провести т. з. in-situ експеримент (це коли матеріал синтезується і досліджується безпосередньо в камері, тобто без контакту з повітрям). Це дало нам можливість дуже чітко й однозначно досліджувати прогнозовані нами ефекти структурних перетворень й отримати довгоочікуваний результат в «чистому вигляді». Тому наразі ми дуже задоволені нашою поїздкою, наші закордонні партнери дуже активно допомагають нам зараз в якомога швидшій обробці та інтерпретації результатів, оскільки дуже зацікавлені в цих дослідженнях.

Результати, які ми отримали, зараз високо цінуються: вперше у світі експеримент здійснений на такому рівні, де ми чітко бачимо ефект фотоіндукованих перетворень, оптично стимульований масоперенос. Високе розділення в цьому експерименті та залучення дорогого синхротронного випромінювання є необхідними умовами, адже традиційні лабораторні установки не дають можливість зафіксувати такі перетворення.

У цьому напрямі продуктивно працюють декілька наукових груп (у т.ч. американська та японська групи). Проте, судячи з останніх публікацій, ми бачимо, що наш теперішній експеримент дуже вдало продуманий і проведений, а отримані результати є зараз на найвищому світовому рівні. Тож тепер поспішаємо з публікацією».

Перебування (години роботи) в центрі синхротронного випромінювання є надзвичайно дорогим задоволенням, оскільки обладнання надзвичайно високовартісне та й власне експеримент є дуже енергозатратними.

«Судячи з цього, можна зробити висновок, наскільки високо цінують там наші експерименти. Те, що нас запросили черговий раз, означає, що робота ужнівських науковців у Європі цінується дуже високо. Моя основна думка така: «Якщо ти фізик УжНУ, Європа чекає на тебе».

Приїхавши туди, ми почувалися наче вдома. Тепер там уже працює велика кількість наших випускників, зокрема Ярослава Лихач, Віталій Феєр, Оксана Плекан, Наталія Цуд. Також туди постійно приїжджають з експериментами випускники фізичного факультету Євгеній Овчаренко, Віктор Лямаєв та багато інших. Тобто фізиків УжНУ в Європі поважають та цінують», – зауважив Олександр Борисович.

Також розповів історію, очевидцем якої став сам: до професора з Австралії (менеджера лабораторії) підійшли і сказали, що приїде на експеримент аспірант із Києва, на що професор здивувався: «А що, в Україні, крім Ужгорода, є ще якісь наукові центри, де займаються фізикою?». Тобто в європейському науковому світі Ужгород представлений якісно і стоїть на дуже високому рівні.

Проект, у якому взяли участь наші науковці, вимагає взаємодій з двома інститутами, тому за тиждень до поїздки в Італію викладачі мали можливість проводити дослідження у Карловому університеті Праги.

Віра Лабич,

фото Романа Голомба та Олександра Кондрата