Разработки нижегородских учёных помогают развивать высокие технологии в России

Помните, как в сказке про Золушку главная героиня вручную отделяла мелкие зёрна проса от мака? Примерно тем же занимаются сотрудники лаборатории веществ особой чистоты Института химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук на молекулярном уровне с помощью специального оборудования. Об основных направлениях исследований этой лаборатории рассказал старший научный сотрудник ИХВВ РАН Олег Трошин.

Наука начистоту

Каждое вещество содержит в своём составе различные примеси. Например, артезианская вода содержит растворённые соли, избыток которых в организме может приводить к осложнениям. Чтобы пить такую воду без вреда для здоровья, необходимо провести её очистку. Без применения чистых веществ в настоящее время невозможна работа и развитие высокотехнологичных областей. В ряде случаев требования по содержанию отдельных примесей в веществе очень строгие и составляют величину 10 – 7 – 10 – 9%. Чтобы оценить этот уровень, представьте себе ситуацию, в которой среди населения нашей планеты необходимо найти одного инопланетянина.

В Нижнем Новгороде получением и изучением свойств ряда высокочистых веществ занимается лаборатория веществ особой чистоты ИХВВ РАН. Для очистки веществ от примесей используется ректификация, зонная плавка и ряд других методов. Важнейшей составляющей получения чистых веществ является определение содержания примесей на очень низком уровне. Для этого в лаборатории аналитической химии ИХВВ РАН (заведующий лабораторией – д. х. н. Созин А. Ю.) используются различные методы, которые позволяют определять не только примесный, но и изотопный состав чистых веществ.

Атомные близнецы

– Технология получения изотопов кремния, германия в ИХВВ РАН является хорошим примером внедрения научных разработок и создания продукции с высокой добавленной стоимостью. Для сравнения: изотоп кремния‑28 примерно в пять раз дороже золота. Высокочистые монокристаллы кремния‑28 были востребованы в международном проекте по уточнению значения постоянной Авогадро и созданию физически обоснованного эталона килограмма, – подчёркивает Олег Трошин.

Кроме того, в лаборатории проводятся работы по получению и изучению свойств изотопов ряда других химических элементов. Атомы изотопов химического элемента содержат одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Из-за этого вещества с различным изотопным составом могут иметь разные свойства подобно близнецам – схожим внешне, но различным по характеру.

От бытовых задач до квантовых компьютеров

Высокочистые вещества применяются для производства полупроводниковых и оптических материалов, материалов для ядерных технологий. Самые популярные материалы в полупроводниковой промышленности – кремний и германий. Сейчас на них сконцентрировано особое внимание: изотопы кремния и германия являются перспективными материалами для создания прототипов квантовых устройств. Исследования в этой области проводятся во всех развитых странах. Научные разработки сотрудников ИХВВ РАН были востребованы при реализации Дорожной карты по развитию высокотехнологичной области «Квантовые вычисления» в нашей стране.

Получают высокочистые вещества в лаборатории веществ особой чистоты не только для собственных научных исследований, но и «по заказу». К учёным обращаются научно-исследовательские организации, причём как отечественные, так и зарубежные (например, из Китая).

За последние два года учёные смогли получить и детально изучить свойства полного ряда из пяти естественных изотопов германия – с 70‑го по 76‑й. Кроме того, продолжается работа по получению и исследованию свойств изотопно обогащённых соединений. В планах – разработка методик синтеза, глубокой очистки и анализа ряда специальных и инертных газов для отечественной радиоэлектронной промышленности.