Александр Номине приехал из Франции, чтобы работать в лаборатории метаматериалов Университета ИТМО в качестве ученого-материаловеда. В течение своей карьеры он работал в различных областях физики, включая физику плазмы и синтез наночастиц. Мы поговорили с доктором Номине о науке, жизни в России и о том, как он выучил пять языков, включая русский.

Расскажите о своих исследованиях.

Мои исследования в основном связаны с металлургией на наноуровне. Люди работали с металлами на протяжении тысячелетий, мы научились манипулировать ими и создавать различные сплавы, а также специально создавать материалы с определенными свойствами. Тем не менее, в последние десятилетия появился большой интерес к переходу на наномасштаб, который позволяет создать множество приложений в электронике, медицине и катализе, который используется в исследованиях возобновляемой энергии. Сам я напрямую не участвую в таких проектах, но многие мои коллеги занимаются подобным. У меня есть опыт работы в области материаловедения, поэтому моя работа заключается в том, чтобы перевести процесс синтеза новых металлов на меньший масштаб. Сталеплавильные фабрики огромны, и, к сожалению, простое их уменьшение не поможет вам производить металлы в наноразмерном масштабе; вместо этого вам нужно изменить весь процесс.

Большая часть моей работы является фундаментальной, я работаю над композитными материалами для оптики. Когда мы говорим «композитные материалы», мы имеем в виду, что их атомный состав имеет специфические особенности или, например, что они объединены с определенными органическими цепями и образуют гибридный материал.

Каковы практические применения этих материалов?

Существуют различные свойства металлов в наномасштабе, такие как наношероховатость, нанотвердость и другие, и реалируется множество исследований, направленных на применение этих свойств в крупномасштабных задачах, например, в механике. Мы в основном работаем в меньших размерах. Например, если вы посмотрите на экран вашего смартфона, там есть слои –например, проводящий слой, толщиной всего в несколько нанометров, которые полностью изменяют свойства вашего экрана. Подобно этим, существуют применения для антибликовых покрытий, гидрофильных и гидрофобных покрытий, и все они требуют всего нескольких нанометров толщины. Мы называем такие материалы функциональными, и их поверхность является наиболее важной их особенностью.

Еще одна интересная область применения таких материалов – междисциплинарные исследования в области физики и медицины, где, например, они могут использоваться для обнаружения физических эффектов с возможным использованием в доставке лекарств в организм.

Ваши исследования связаны с плазмой. Как вы используете её в своей работе?

Как я уже говорил, сокращение масштабов металлургии требует серьезного изменения процесса. Вместо печей мы в основном используем плазму и лазеры, что дает нам дополнительные преимущества: они не только уменьшают процесс, но также обеспечивают доступ к условиям, которые трудно или невозможно достичь в обычной металлургии. С плазмой вы можете достичь температуры и давления в 3000 Кельвинов и 30 бар, в то время как сам процесс проходит при комнатной температуре и атмосферном давлении, что само по себе интересно. Но что еще более интересно, так это градиент температуры, то есть скорость её изменения. Плазма может охлаждаться со скоростью в миллионы градусов в секунду, а с лазерами вы можете достичь миллиардов. Это приводит нас к экстремальным вариантам закалки: в средние века кузнецы опускали раскаленные мечи прямо в ледяную воду, чтобы охлаждать их со скоростью в сотни, может быть, тысячу градусов в секунду. Представьте, что мы можем сделать с инструментами, которые есть у нас. Материаловедение – это борьба термодинамики и кинетики, и наши инструменты позволяют нам создавать удивительные вещи.

Мы часто работаем в сфере оптики для создания новых материалов. Иногда это означает создание совершенно новых материалов, таких как новые оксиды, а иногда это просто уменьшение существующих материалов, потому что способность синтезировать материалы в масштабе ниже длины волны видимого излучения открывает новые возможности для исследователей.

Ваша работа также включает в себя синтез наночастиц. Вы вовлечены в их практическое применение?

Бывает по-разному. Иногда мы просто хотим понять разницу между объемным материалом и материалом в наноразмерах и сравнить то, что мы знаем о них. Иногда мы специально выбираем «простые» системы, такие как медь-серебро, и изучаем их. Недавно я прочитал археологическую статью об использовании медно-серебряных сплавов две тысячи лет назад, поэтому она далеко не нова. Но с помощью лазеров мы можем изменить её структуру и найти новые комбинации в старых технологиях. При этом медь-серебро на самом деле является очень интересным сплавом: он обладает определенными плазмонными свойствами. Это означает, что он влияет на рассеяние света, а это иногда используется в определенных механизмах обнаружения.

Другими интересными системами являются, например, полупроводники. Вы можете создавать так называемые «нанонагреватели»: если вы облучаете такие наночастицы инфракрасным лазером, они могут очень эффективно преобразовать этот световой поток в тепловой. Это может использоваться в биологии или в катализе, чтобы производить некоторые интересные локализованные эффекты. Существует также проект, в котором производят смешивание кремния и золота, чтобы преобразовывать инфракрасный свет в широкополосный белый свет. Это можно использовать как своего рода зонд: вы можете локально осветить что-то инфракрасным светом и обнаружить зонд с помощью детектора белого света.

Какое достижение вы можете выделить в своей исследовательской карьере?

Я думаю, это был статья, которую я опубликовал в Physical Review Applied. Мои соавторы и я создавали покрытия для алюминия и магния с целью сделать их поверхность очень твердой. Мы использовали технику, которая была изобретена здесь, в Санкт-Петербурге, более века назад. Она состоит в формировании оксидов на их поверхности, которые укрепляют их. Так, например, оксид алюминия тверже нержавеющей стали, хотя сам алюминий и магний очень мягкие. В нашей статье мы изучили подход, основанный на формировании плазмы в жидкости, и нам удалось найти и описать два типа плазмы, один из которых вреден для процесса, а другой полезен. Мы также показали, как контролировать их присутствие.

Полный текст читайте на NEWS.ITMO