Нижегородские учёные разрабатывают математическую физикохимию и материалы для фотоники
Нижегородские учёные разрабатывают математическую физикохимию и материалы для фотоники Год назад в Институте химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук (ИХВВ РАН) появилась лаборатория информационно-вычислительной технологии высокочистых веществ и материалов. Её задача — математическая физикохимия: разработка отечественных IT-инструментов, способных заменить зарубежный софт и помочь проектировать ресурсосберегающие технологии в химии, энергетике и при создании новых материалов. Научное направление лаборатории — химия высокочистых веществ для микроэлектроники и фотоники, а также материалы и покрытия нового поколения. Возглавляет её доктор химических наук Александр Кутьин, который развивает теоретическую базу и ставит прикладные экспериментальные задачи. Учёные анализируют и прогнозируют оптимальные условия получения материала нужного состава с помощью оригинальной компьютерной реализации метода минимизации энергии Гиббса. Кутьин говорит, что создана теория, описывающая термодинамические свойства веществ в различных агрегатных состояниях — от нуля Кельвина и через критическую точку; такое уравнение состояния получено впервые в мире. В лаборатории сформирован уникальный банк данных о свойствах веществ в разных агрегатных состояниях — от абсолютного нуля и выше. Такого банка в мировой практике не существует; он построен на оригинальной термодинамической теории и постоянно пополняется результатами экспериментов. Эксперименты проводят на современных приборах термического анализа: в прибор загружают 30 миллиграммов вещества, прибор показывает фазовые превращения, после чего данные расшифровывают с помощью компьютерного комплекса и выясняют, как получаются нужные вещества. Одно из ключевых направлений — создание материалов для фотоники. Кандидат химических наук, старший научный сотрудник Александр Плехович называет базой этого направления микрооптические интегральные схемы, а генеральной задачей — оптические компьютеры, то есть переход от транзисторной схемы к полностью оптическим схемам, где все элементы обычного компьютера заменяются оптическими. По его словам, это одно из самых передовых направлений в мировой науке. Оптический компьютер выгоден по энергозатратам — его работа обходится намного дешевле, а скорость вычислений может быть на десятки порядков выше, чем у традиционных решений. Сейчас в этой сфере идёт гонка; это глобальная работа, поэтому говорить о какой-то одной стране не приходится. В первую очередь такие решения востребованы для серьёзных вычислительных центров. Плехович подчёркивает, что работа по оптическим материалам — их собственная инициатива, а лабораторная часть — термический анализ и формирование банка данных — тесно связана с теоретическими разработками Кутьина. Под руководством Кутьина в 2020–2025 годах выполнен цикл проектов, поддержанных Российским научным фондом, по созданию оптической стеклокерамики на основе эрбий-иттрий-алюминиевого граната. Разработаны синтез ультрадисперсной шихты и технология её лазерного спекания для изготовления микрооптических элементов и планарных устройств фотоники с заданными люминесцентными характеристиками. Кандидат химических наук Кристина Балуева — специалист по системному термодинамическому анализу процессов получения материалов; она участвует в нескольких грантах РНФ и обеспечивает научную базу для практических разработок. Доктор технических наук Юрий Кириллов занимается математическим моделированием; сейчас он исследует и оптимизирует процессы получения изотопно чистых силанов — важных материалов для полупроводниковой промышленности. Вместе команда создаёт реальные инструменты, которые могут изменить подход к разработке технологий в ряде отраслей. Живёт Нижний Новгород