На Новом физтехе даже шахматы — из перовскита: команда ученых из ИТМО сделала прототип светящихся шахмат на основе нано- и метаматериалов

В разработке приняли участие сотрудники Нового физтеха Сергей Макаров, Лев Зеленков, Эдуард Даниловский, Полина Капитанова, Павел Смирнов и Георгий Баранов. Также, в рамках проекта по физике, над проектом работали два студента-первокурсника с программы «Прикладная и теоретическая физика» Айдар Рахматуллин и Татьяна Филимонова. Во многом благодаря им были изготовлены фигурки и собран финальный вариант установки.

Как рассказывают сами ученые, идея была коллективной, но инициатором стал Сергей Макаров — как большой любитель шахмат. Впрочем, любовь к этой игре на Новом физтехе всеобщая — здесь часто проводятся турниры среди сотрудников, аспирантов и студентов. От появления идеи до создания рабочего продукта прошло примерно девять месяцев — разработчики стремились закончить первый прототип как раз к 20 июля — Дню шахмат.

«У нас получилось инкапсулировать перовскит и подсветить его стандартным УФ-светодиодом. После этого мы подумали, а есть ли теоретическая возможность сделать из этого шахматы — которые так любит Сергей Макаров. Было очень много всяких вариантов и предложений, как мы можем зажигать светодиод в шахматной фигурке на доске, не подводя к нему энергию напрямую через провода. Думали о всевозможных контактных площадках, пока не пришла идея обратиться к коллегам, которые занимаются беспроводными способами передачи энергии», — рассказывает Лев Зеленков.

Установка в виде шахмат объединяет в себе результаты двух направлений научных исследований: беспроводной передачи энергии и фотолюминесценции перовскитных квантовых точек. Как отметила Полина Капитанова, получившийся прототип показывает уникальные результаты: впервые удалось добиться того, чтобы энергия от одного источника передавалась на 32 приемника одновременно — причем с одинаковой эффективностью.

«Внутри фигурок — светодиод, который подсвечивает перовскитные квантовые точки, внедренные в материал фигурки. Энергию к светодиоду мы подводим беспроводным методом — для этого мы встроили большой передатчик непосредственно в шахматную доску. Уникальность этого передатчика в том, что он реализован на основе метаповерхности. Это позволяет нам создать квазиравномерное распределение магнитного поля и сильно подавить электрическое поле, вредное для человека. При помощи магнитного поля происходит передача энергии к каждому из приемников, встроенных в шахматных фигурках. Сигнал выпрямляется, зажигается светодиод, подсвечивает материал, внутри которого внедрены квантовые точки, и мы наблюдаем их люминесценцию», — объясняет Полина Капитанова.

Свечение фигуркам придают нанокристаллы свинцово-галогенидного перовскита — материала, который в природе не может существовать из-за своей подверженности воздействию воды и воздуха. Здесь же перовскит защищен полиэфирными смолами, что делает его максимально стабильным.

Впрочем, одним из главных вызовов при сборке шахматной установки стала сложная форма шахматных фигур: как признаются ученые, было очень трудно подобрать оптимальные параметры поглощения и равномерного излучения света в фигурках. И добиться идеальных результатов — чтобы фигуры светились равномерно по всей высоте — пока что удалось не до конца. Но эта проблема будет решена в следующих версиях установки.

Первая версия шахмат останется на Новом физтехе — на радость его студентам и сотрудникам. Но ученые не исключают и серийное производство в качестве сувенирной продукции. Ведь именно такие яркие визуализации исследований привлекают внимание к фундаментальной науке.

«Сейчас у нас тренд на трансдисциплинарные исследования, активно развивается новое направление Art&Science. И, может, наше предложение визуализировать силу физики — такой, казалось бы, сухой и сложной науки — в виде арт-объекта сделает ее более привлекательной для студентов и школьников. Одним словом, цель этой разработки — показать, что наука может быть красивой», — заключает Сергей Макаров.