С чего начиналась ваша работа с метаматериалами?
Нанотехнологиями я начал заниматься в Америке еще в 1997 году. Тогда мы развивали синтез и применение углеродных нанотрубок. Сейчас я работаю в Америке, в Университете Техасса в Далласе. До того, как я переехал в Америку, я жил в Японии и пять лет занимался тем, что получал из фуллерена сверхпроводники и магнитные материалы. Тогда я первый придумал, как из фуллерена можно создавать фотовольтаические батареи.
Когда я переехал в Америку, то работал в ведущей американской фирме HoneyWell, которую впоследствии поглотил General Electric. Пришлось объединяться с их исследовательским центром. Этого многим не хотелось, поэтому, когда к нам приехали богатые техасцы и предложили организовать институт, мы согласились. Нам дали деньги, возможности, и мы фактически на ровном месте создали институт нанотехнологий.
С какими материалами вы в основном работаете?
Мы занимаемся новыми продвинутыми материалами, в частности, перовскитами. Работаем на грани материаловедения, физики, химии и биологии. Перовскиты – сложная структура. Ее назвали в честь русского исследователя, графа Льва Перовского. В 1839 году кристаллы перовскитов были открыты в горах Урала. Они не идентичны тем, что мы синтезируем сейчас, но являются прародителями имеющейся структуры.
Формула природных перовскитов CaTiO3, а наш называется «гибридный органическо-неорганический галлидный перовскит». Он очень хорошо подходит для создания различных устройств и материалов, но очень нежный. Если на него капнуть водой, то он растворяется. Поэтому исследования с ним проводят в специальных боксах.
Какими исследованиями занимаются в новой лаборатории?
Прежде всего, нужно научиться «выращивать» материалы, которые используются в исследованиях. Невозможно проводить эксперименты, когда образцы вам делает кто-то другой. Только когда ты сам владеешь искусством создания материалов, ты можешь их эффективно изучать и создавать на их основе новые приборы.
До того как я не привез в Россию умение создавать перовскиты, в стране ими толком никто не занимался. Сначала я поделился этими знаниями с коллегами из МИСиС, где проработал два года над мегагрантом. Несколько лет спустя я посетил с лекцией лабораторию метаматериалов в Университете ИТМО, и у них возник ко мне интерес. Сергей Макаров, нынешний соруководитель мегагранта, приехал ко мне в лабораторию в Америку, после чего началось активное сотрудничество.
Я загорелся идеей объединять перовскиты из моей лаборатории с тем, что делают в Университете ИТМО — резонансные наночастицы с большим показателем преломления и другие наноструктуры, которые создаются в лаборатории метамататериалов. Для того, чтобы сотрудничество было эффективным мы создали новую лабораторию «Перолаб» (имеется в виду лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники – прим. ред.). Она оборудована по последнему слову техники: некоторые установки даже лучше, чем в моей американской лаборатории. Здесь нам создали все условия для работы с перовскитами. Купили четыре бокса, соединенных между собой с камерами, заполненными азотом, чтобы исследователи в специальных перчатках могли работать с материалами и не разрушать их.
Какие обязанности стоят перед вами как руководителем мегагранта и новой лаборатории?
По договору я должен проводить в лаборатории четыре месяца. Думаю, что буду приезжать в конце мая и все летние месяцы находиться в Петербурге. Однако взаимодействие с сотрудниками и студентами будет постоянным – в наше время это не проблема. Ко мне будут часто приезжать либо студент, либо аспирант, либо постдок, либо визитер. Можно даже общаться по скайпу. Я таким способом, например, читаю лекции американским студентам из дома.
Какие разработки были сделаны в лаборатории за год с момента ее создания?
Ребята из лаборатории за этот год по моим предложениям уже создали два прибора. Один прибор — двойного использования. Это солнечная батарея на основе перовскита, которая может работать как источник энергии и как дисплей. Сейчас на рынке есть просто дисплей, как на вашем телефоне, с OLED экраном, где используются органические светодиоды, и обычная солнечная батарея. На созданном приборе есть переключатель, который позволяет устройству работать либо как батарея, либо как батарея и одновременно дисплей. Предположим, вы едете в машине, этот экранчик находится на вашем лобовом стекле. С одной стороны он поглощает энергию солнечного излучения, в качестве источника питания, а с другой – показывает вам необходимые данные: температуру, часы, скорость или что-то еще.
Другая разработка — светящиеся светодиоды на основе простой полимерно-перовскитной структуры. Обычные светодиоды со временем портятся, светят хуже и меняют цвет. В них используют йод и бром. В разработанный светодиод был добавлен хлор, поэтому получили приятный синий равномерно излучающий источник света.
Чем вы занимаетесь в Техасском университете?
У меня там есть большая группа ученых, которая также занимается перовскитами. Нашим большим достижением я считаю создание наноимпринтов. Эти рисунки обладают особыми свойствами. В классическом варианте, для нанесения паттернов на поверхность используется фотолитография, но с перовскитом такая технология не подходит, ведь материал растворяется в воде.
Если мы хотим создать красивую картинку на перовскитной пленке (например, периодический набор дисков или цилиндров или рифленую поверхность, т.е. своеобразную периодическую решетку), то мы применяем немного другой метод для создания подобных паттернов. Мы используем штампы с рисунками, накладываем на перовскитный образец. Затем давим или греем, создавая таким образом отпечаток. Размеры такого рисунка порядка десятков и сотен нанометров, меньше одного микрона.
Я хочу эту технологию привнести и в работу в Петербурге. В лаборатории метаматериалов делают наночастицы, а мы можем предоставлять им наши перовскитные пленки с паттернами, на которые можем наносить эти частички для различных целей. О полученных структурах у меня недавно вышла статья в журнале.
Чем вам понравилась конференция «МЕТАНАНО»?
Меня эта конференция сильно обогатила. С тех пор, как после учебы в Москве я уехал в Японию, а затем в Америку, меня долго не было в России. За это время наука в стране в области фотоники значительно продвинулась вперед, а я отстал. На «МЕТАНАНО» я познакомился с новым поколением молодых ученых, докторов и кандидатов наук. Они показывают впечатляющие результаты, а к ним приезжают выдающиеся ученые со всего мира, с которыми я знаком. Я встретил Бориса Лукинчука из Сингапура, Андрея Рогача из Гонконга, Алексея Кавокина из Германии и других моих коллег.
Мне заинтересовал пленарный доклад профессора Франко Нори, который рассказывал про спиновые свойства света и оптические диоды. Выступление длилось целый час, но я слушал его очень внимательно, не отвлекаясь. Все, что обсуждалось на «МЕТАНАНО», — последнее слово фундаментальной науки. А я хочу отметить, что Россия всегда была сильна своими достижениями в теоретических фундаментальных областях.
Я потрясен Владивостоком и кампусом Дальневосточного федерального университета. В свое время, когда я уехал из Советского Союза и приехал в Японию, мне все там казалось очень красивым и современным. Теперь, когда я смотрю на прекрасную архитектуру зданий в ДВФУ, помещения для факультетов, для жизни и спорта, я понимаю, что никакая Япония с этим не сравнится.
