- Дата начала : 12 октября 2021 г.
- Дата окончания : 31 декабря 2023 г.
- Руководитель : Романов Алексей Евгеньевич
Рентгеновские лазерные технологии в нано- и биоматериаловедении
Кратко о проекте
Проект направлен на проведение синхротронных и нейтронных исследований, необходимых для решения принципиально новых фундаментальных и крупных прикладных задач с использованием оборудования установок класса «Мегасайенс». В рамках проекта проводится создание новой и дооснащение имеющейся научно-исследовательской инфраструктуры на базе Университета ИТМО, а также реализуются мероприятия по научно-просветительской работе, направленной на подготовку профильных специалистов и научных кадров для проведения синхротронных исследований.
Научная работа по исследовательской программе проводится на базе Университета ИТМО, ФТИ им. А.Ф. Иоффе и НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева.
Результаты проекта в 2024 году
Творческий коллектив:
192 человека, включая 22 доктора наук, 73 кандидата наук и 26 аспирантов
Наука
Изучены свойства излучения фотона электроном, движущемся в постоянном однородном магнитном поле. Было показано, что состояние фотона представляет собой бесселев пучок с определённой проекцией полного углового момента (ПУМ) j_z=l - l^'. Наличие у фотона определённой проекции ПУМ является естественным свойством состояния фотона, в которое он излучается сам по себе в результате эволюции квантового состояния системы, и не зависит, поэтому, от конкретного выбора схемы детектирования фотона.
Показано, что излучаемые фотоны оказываются закрученными независимо от поляризации электронов, в то время как вероятность излучения и соответствующая интенсивность зависят от поляризации электронов, обнаруживая эффект самополяризации.
Исследовано взаимодействие возбужденного двухуровневого атома с падающим вихревым фотоном, приводящее к запутанному двухфотонному состоянию. Было показано, что для экспериментально осуществимого сценария изменение ПУM запутанной пары намного меньше ? и резко падает с увеличением ПУM падающего фотона. Таким образом, процесс индуцированного излучения позволяет генерировать запутанные пары фотонов с определенным значением ПУM.
Рисунок - Супрамолекулярные структуры на основе барбитурата меламина и различных металлов
Проведена апробация подхода к получению дифракционных данных о рентгеновском рассеянии в ходе формирования супрамолекулярных структур в реакционно-диффузионной системе с применением подхода замедления кристаллизации с использованием синхротронного излучения.
Найдены величины характеристичных пиков паттернов рентгеновской дифракции в ходе трехкомпонентной супрамолекулярной сборки меламина, циануровой кислоты и ДНК.
Выявлен механизм накопления парамагнитных центров, являющийся целевой функцией изучаемых материалов, в супрамолекулярной структуре барбитурата меламина и 1,3-диметилбарбитурата меламина: показано, что облучение ультрафиолетовым светом с длиной волны 365 нм является ключевым фактором, позволяющим формировать новые радикальные центры в изучаемых структурах даже в условиях вакуума.
Разработан метод получения новой супрамолекулярной структуры барбитурата меламина с серебром, пригодный в качестве прекурсора для формирования упорядоченных паттернов серебряных микро- и наночастиц, усиливающих комбинационное рассеяние света для увеличения эффективности Рамановской спектроскопии.
Рисунок - Карты отражения (слева) и его дихроизма (справа), измеренные от структуры ε-Fe2O3 / AlN, намагниченной во внешнем магнитном поле ± 2 Тл
Разработана и апробирована синхротронная методика измерения двумерных карт дихроизма отражения циркулярно-поляризованного излучения от гетероструктур с магнитными подслоями для нахождения профилей намагниченности. Настоящая методика может использоваться для проведения измерений в области мягкого или жесткого рентгена на станциях синхротронного излучения, оборудованных гониометром для измерения зеркального отражения падающего рентгеновского света в широком спектральном диапазоне.
Проведено моделирование сверхбыстрого оптического перемагничивания в системе магнитных доменов различной геометрической конфигурации в зависимости от энергии накачивающего импульса и исходного состояния магнитной системы. Результаты моделирования позволяют предсказывать динамику поведения спиновой системы на пикосекундных временах в экспериментах по накачке-зондированию, производимых с помощью лазера на свободных электронах.
Рисунок - Процесс создания кристаллов галогенидных перовскитов CsPbBr3@Vaterite
Разработана и внедрена темплатная методика получения микро- и нанокристаллов галогенидных перовскитов CsPbBr3@Vateritе. Изучены оптические и структурные свойства нанокристаллов при изменении влажности, что в перспективе позволит их применять в качестве оптических датчиков влажности.
Проведено комплексное исследование флуоресцентного отклика кристаллов CsPbBr3@CaCO3 в ответ на изменение относительной влажности, а также была объяснена причина деградации нанокристаллов CsPbBr3 в присутствии CO2 в условиях повышенной влажности (>60%). Обратимое превращение CsPbBr3 в CsPb2Br5, обусловленное высокой растворимостью CsBr в воде, приводит к увеличению квантового выхода фотолюминесценции и интенсивности фотолюминесцении. Однако при высоких уровнях влажности CO2 растворяется в накопленной влаге, образуя угольную кислоту, которая способствует разрушению перовскита и приводит к образованию Cs2CO3. Этот процесс приводит к необратимой деградации нанокристаллов CsPbBr3. Проделанные работы отражают значительный прогресс в области синтеза и изучения перовскитных материалов, открывая новые возможности для их использования в современных технологиях, например, в оптических сенсорах.
Рисунок - Статистические распределения частиц (био)ПЭК по диаметру в растворяющей смеси а,в,д) после приготовления и б,г,е) через 36 ч после приготовления в зависимости от разной доли водного раствора полимеров к диметил сульфоксиду
Проведены исследования структуры систем на основе (био)полиэлектролитов, в том числе содержащих биологически активные вещества, методами динамического рассеяния света и методом рентгеновского рассеяния на источнике синхротронного излучения «КИСИ-Курчатов».
Было установлено, что при увеличении доли желатина в дисперсиях (био)полиэлектролитных комплексов хитозан:желатин происходит не только увеличение размеров частиц комплекса, но и изменение их формы от близкой к сферической к вытянутой стержнеобразной. Было показано, что водная система дисперсий (био)полиэлектролитных комплексов хитозан:желатин, содержащих инкапсулированное биологически активное вещество ингибитор раковых клеток ЕМ127, обладает низкой стабильностью и характеризуется процессами коацервации первичных структур (био)ПЭК с образованием сложных коацерватов большого размера. При этом введение небольшого объёма растворителя диметилсульфоксида (ДМСО) позволяет не только в последующем эффективно растворять и инкапсулировать молекулы ингибитора ЕМ127, но и приводить к торможению процесса сложной коацервации структур (био)ПЭК в растворе. Установлено, что в дисперсиях гиалуроновой кислоты с БАВ куркумином гиалуроновая кислота в присутствии ДМСО в качестве растворителя образует устойчивые комплексы с куркумином. Показано, что при изменении состава растворителя изменяется и конформация гиалуроновой кислоты. Различия могут быть связаны с изменением макромолекулярной структуры гиалуроновой кислоты и ее гибкости в водном и водно-органических растворах.
Рисунок - Изображение поверхности структуры графен/SiC: (a) исходный образец, (b) - после неоднородной функционализации, (с) – после однородной функционализации
Разработан метод получения структур графен/SiC с функционализированной поверхностью. С помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света показано, что в процессе функционализации сохраняется структура графена, однако появляются дополнительные дефекты в пленке. Методом атомно-силовой микроскопии выявлены различия поверхности структур графен/SiC при протекании однородной и неоднородной функционализации.
Исследовано влияние степени покрытия поверхности SiC двухслойным графеном на степень функционализации его поверхности. Установлено, что на поверхности образцов после функционализации образуется поверхностный слой, который держится на поверхности графена за счет ван -дер-ваальсовых сил. Также было установлено, что высокий процент покрытия поверхности SiC двухслойным графеном приводит к снижению активности функционализированной поверхности по сравнению с образцами с низким процентом двухслойного графена.
Были синтезированы композиты вида графен-металл, где в качестве металлов были использованы благородные металлы золото, платина и палладий. По результатам анализа химического состава методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, показано, что полученные композиты обладают высокой химической активностью, о чем свидетельствует поверхностное состояние наночастиц металлов. Подобные материалы могут быть использованы в качестве газочувствительных слоев в газоаналитических устройствах, а также в качестве катализаторов.
Получены и проанализированы как отдельные наночастицы кремния, так и композит аминированный графен – наночастицы кремния. Несмотря на то, что наночастицы кремния представляют собой кремний со слабо функционализированной поверхностью, при изготовлении композита химический состав поверхности претерпевает существенные изменения, которые выражаются в окислении поверхности как аминированного графена, так и в окислении поверхности наночастиц кремния. Помимо этого, данные, полученные из анализа спектров высокого разрешения кремния, свидетельствуют о образовании ковалентной связи между аминогруппами аминированного графена и поверхностью наночастиц кремния. Образование ковалентной связи является сильным иммобилизируещим фактором, который говорит о стабильности данного композита и его перспективном использовании.
Проведены исследования структуры и морфологии образцов композитов «графен-металл», «графен-кремний», «графен- полимер».
Рисунок - Сравнение кривых малоуглового рассеяния аденовирусов, инактивированных бетапропилактоном (синие) и формалином (красные)
Подготовлены штаммы аденовирусов 6 типа и 26 типа в буферной среде STE инактивированные формалином и инактивированные БПЛ. Используемая методика позволила безопасно исследовать вирусы на всех последующих этапах.
Исследованы структурные характеристики аденовирусов на основе кривых малоуглового рентгеновского рассеяния. Полученные данные позволят в дальнейшем оптимизировать и усовершенствовать создание SERS подложек для диагностики аденовирусов.
Проведена разработка дендритных SERS подложек для дальнейшей диагностики вирусных заболеваний методом поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии.
Проведено исследование аденовирусов методом SERS на поверхности дендритных подложек, с применением алгоритмов машинного обучения. Данный подход детектирования продемонстрировал потенциал использования SERS спектроскопии для диагностики вирусных патогенов.
Рискунок - Принципиальная схема вспомогательного оборудования (слева) и прототип оборудования (справа) для деформирования образцов во время проведения экспериментов по рентгеновской дифракции
Разработаны специальное оборудование для деформации композитных образцов на основе полидиметилсилоксана при пониженных температурах in situ во время исследований методом рентгеновской дифракции, а также алгоритм проведения данного эксперимента. Сформулированы методические положения исследования температурно-фазовых переходов композитных материалов на основе полидиметилсилоксана при их деформировании и разработана методика измерений.
Исследованы субмикронные частицы β-Ga2O3 со слоистой структурой и эллипсоидной формой. Определена зависимость длины, диаметра и концентрации кислородных вакансий от такого параметра синтеза как мольное соотношение аммиака и нитрата галлия. Показано, что данные зависимости имеют немонотонный характер с экстремумом при соотношении аммиака и нитрата галлия 9:1. Показано, что полученные частицы β-Ga2O3 имеют хорошую устойчивость к азотной кислоте, и потенциально могут использоваться в качестве кислотостойких фотокатализаторов.
Показано, что в ячейках CuO/Li сопротивление переноса заряда уменьшается с ростом тока заряда/разряда, что хорошо согласуется уравнением Батлера–Фольмера. Показано, что сопротивление переноса заряда во время процесса заряда меньше, чем во время процесса разряда при одинаковом уровне состояния заряда ячейки, что можно объяснить значительным изменением поверхностной концентрации ионов лития.
Установлено, что фазовый состав анода остается стабильным, новых кристаллических фаз не выявлено, а обнаруженное гало в области малых углов рентгеновской дифракции связано с образование аморфного оксида лития. Однако, несмотря на стабильный фазовый состав в процессе циклирования, учет разницы в сопротивление переноса заряда во время заряда и разряда имеет большое значение, если такие аккумуляторы используются в условиях, связанных с высокими значениями тока заряда/разряда.
Рисунок - рентгенограммы образцов β-(AlxGa1-x)2O3 с разным содержанием алюминия x
Разработана технология изготовления образцов объемных кристаллов β-Ga2O3 и β-(AlxGa1-x)2O3 и получены кристаллы с разным содержанием Al (x в диапазоне от 0,00 до 0,25).
Получены эпитаксиальные структуры β-(AlxGa1-x)2O3 в диапазоне составов (х) до 0.16, а также легированные кремнием эпитаксиальные слои β-Ga2O3 и β-(AlxGa1-x)2O3.
Отработана методика изготовления контактов и изготовлены образцы кристаллов β-Ga2O3 и β-(AlxGa1-x)2O3 с омическими контактами Ti/Au. Получены вольтамперные характеристики образцов с омическими контактами.
Методом рентгеновской дифракции определены параметры решетки и объем элементарной ячейки в образцах объемных кристаллов β-Ga2O3 и β-(AlxGa1-x)2O3.
Проведено измерение электропроводности и концентрации носителей в образцах объемных кристаллов и эпитаксиальных структур β-Ga2O3 и β-(AlxGa1-x)2O3. Результаты исследования могут быть полезны для дальнейшего изучения полупроводниковых материалов β-Ga2O3 и β-(AlxGa1-x)2O3, а также для разработки новых устройств и технологий на их основе. β-Ga2O3 и β (AlxGa1 x)2O3 являются перспективными материалами для устройств следующего поколения, таких как фотоприемники глубокого ультрафиолетового излучения, полевые транзисторы, УФС-прозрачные электроды и другие.
Разработана методика получения слоев оксида галлия (Ga2O3) на поверхности структур графен/SiC с использованием метода хлорид-гидридной газофазной эпитаксии.
Разработана методика получения слоев оксида кремния (SiO2) на поверхности карбида кремния с использованием метода термического окисления.
Для получения функционализированных газочувствительных слоев полимерных композитов для мультисенсорных газоаналитических чипов, на производстве ООО «Инженерные полимеры» была внедрена техноло-гия пленок из композитов на основе функционализированых графенов для создания газочувствительных графен-полимерных композитов для устройств газовой сенсорики и мультисенсорных систем «Электронный нос». Разработанная на данном этапе выполнения проекта технология со-здания перовскитных микро- и нанокристаллов перешла в стадию внедре-ния и была внедрена в рамках лабораторной деятельности ООО «Флекс-Лаб».
Подготовка научных кадров для проведения синхротронных и нейтронных исследований
Результатом мероприятий по подготовке научных кадров для прове-дения синхротронных и нейтронных исследований (разработок) в целях получения результатов мирового уровня является выполнение следующих работ:
Организация Школы-конференции молодых ученых («Применение рентгеновских синхротронных и лазерных методов в физике, химии и биологии», 21-25 октября 2024, Санкт-Петербург, https://adts.itmo.ru/ru/viewnews/84424/shkola-konferenciya-primenenie-rentgenovskih-sinhrotronnyh-i-lazernyh-metodov-v-fizike-himii-i-biologii.html) в области исследования материалов методами, основанными на использовании источников синхротронного и нейтронного излучения. Поставленная задача выполнена в полном объеме.
Рисунок - Выступление Д.А. Калганова на Школе
Организация программы повышения квалификации ДПО и проведение занятий по тематикам проекта «Рентгеновские лазерные технологии в нано- и биоматериаловедении». Поставленная задача выполнена в полном объеме.
Реализация образовательной программы «Лазерные и синхротронные технологии мегасайенс / Megascience laser and synchrotron technologies» (2022 год приема) и организация государственной итоговой аттестации обучающихся. Поставленная задача выполнена в полном объеме.
Разработка магистерской образовательной программы. Поставленная задача выполнена в полном объеме.
Также Университет ИТМО заключил соглашение о вступлении в межвузовский консорциум по взаимодействию с Центром коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) и вузов. Вместе с партнерами университет будет вести образовательные и исследовательские проекты на базе СКИФа, а также готовить новых специалистов для работы в центре.
Результаты проекта в 2023 году
Творческий коллектив:
118 человек, включая 22 доктора наук, 64 кандидата наук и 23 аспиранта.
Наука
- Исследована возможность использования рассеяния электронов экранированным кулоновским потенциалом в качестве инструмента для изучения свойств релятивистских закрученных пучков электронов;
- Разработана методика получения супрамолекулярных матриц с ассиметричной ориентацией функциональных групп на поверхности кристаллов для создания программируемых микросвиммеров;
Кристаллы барбитурата меламина - (а) в режиме светлого поля, (b) в поляризованном свете, © СЭМ-изображение, (г) 3D-модель монокристалла Б-М
- Разработана технология получения микро- и нанокристаллов смешанно-галогенидных перовскитов CsPbBr3-XClX и CsPbBr3-XIX, обладающих улучшенными характеристиками, важными для создания нового поколения оптоэлектронных устройств;
Спектры фотолюминесценции образцов микро- и нанокристаллов перовскитов состава CsPbBr3-xClx, X = 0.5, 1, 1,5 2, 2,5 и 3
- Проведены исследования кинетики высвобождения смеси гидрофильного и гидрофобного биологически активных веществ из полиэлектролитных полимерных матриц в зависимости от химического состава смеси;
Экспериментальные кривые малоуглового рассеяния рентгеновского излучения для образцов водных дисперсий компонентов полиэлектролитных матриц с БАВ после их высвобождения
- Исследована структура полиэлектролитных матриц, содержащих смесь гидрофильного и гидрофобного БАВ методом рентгеновского рассеяния на источнике синхротронного излучения КИСИ-Курчатов. Полученные результаты обладают большой практической значимостью ввиду возможности их использования при создании систем управляемой направленной доставки терапевтических БАВ в область поражения;
- Проведена оценка применимости синхротронного метода картографирования в резонансной рентгеновской рефлектометрии к профилированию гетероструктур со слабым оптическим контрастом между слоями. Продемонстрирована возможность применения автоматического восстановления спектров оптических констант с разрешением по глубине из экспериментально измеренных карт мягкого рентгеновского резонансного отражения;
Пример построения карт зависимости интенсивности отражения (слева) и дихроизма отражения (справа) от энергии фотонов и угла падения
- Развиты подходы к получению ряда макромолекулярных композитов на основе функционализированного графена с ковалентно иммобилизованными красителями из линейки Нейтральный красный, Азур А, Акридиновый желтый, Бисмарк коричневый, Парарозанилин. Разработанные методы синтеза легко масштабируемы и позволяют в короткие сроки наладить лабораторное производство МКФГ данного типа;
- Изготовлен и успешно протестирован прототип мультисенсорного газоаналитического чипа для селективного детектирования спиртов на фоне воздуха. Проведенные тесты изготовленного чипа подтвердили перспективность использования полученных МКФГ, а также их последующих вариаций, для создания мультисенсорных газоаналитических чипов с последующей их интеграцией в разрабатываемые интеллектуальные датчики «Электронный Нос» и «Электронный язык»;
- Созданы тестовые образцы чипов биосенсоров на основе структур графен/SiC;
Фотография набора тестовых образцов чипов биосенсоров на основе структуры графен/SiC
- Исследованы структурные характеристики коронавирусов. Полученные данные позволят в дальнейшем оптимизировать и усовершенствовать создание SERS подложек для диагностики коронавируса;
Электронная фотография коронавируса и его форма, восстановленная из данных малоуглового рассеяния рентгеновского излучения (сверху), модель универсиальной платформы для диагностики вирусных заболеваний и пример классификации вирусов при помощи алгоритмов машинного обучения (снизу)
- Разработана методика изготовления фотокатализаторов для процессов получения водорода методом фотоэлектрокаталитического расщепления воды. Разработаны технические предложения по повышению срока службы электродных материалов при длительном циклировании;
- Разработана методика проведения эксперимента по изучению фазовых состояний полидиметилсилоксана (ПДМС) в области пониженных температур при различных соотношениях сшивающего агента к базовому прекурсору;
Графики перераспределения фаз для полидиметилсилоксана с соотношением базового реагента к сшивающему 30:1 при различных температурах.
Слева показаны наложенные кривые в областях, отмеченных соответствующим цветом справа.
- Проведены экспериментальные исследования физических принципов создания и перспектив применения кристаллов на основе полупроводниковых ННК для генерации одиночных фотонов, и изготовлены образцы таких полупроводниковых ННК;
- Проведены экспериментальные работы по изготовлению различных образцов Ga2O3 из ростовых буль для исследования рентгеновскими методами. Сформулированы основные методические положения, позволяющие исследовать структурное совершенство кристаллов оксида галлия при помощи дифракции синхротронного излучения в том числе с использованием методов дифракционной рентгеновской топографии на станции МЕДИАНА синхротрона КИСИ-Курчатов.
Подготовка научных кадров для проведения синхротронных и нейтронных исследований
- Продолжена реализация магистерской образовательной программы “Лазерные и синхротронные технологии мегасайенс”. В настоящее время на программе обучается 24 студента, первый выпуск состоится весной 2024 года;
- Реализована программа дополнительного профессионального образования «X-ray synchrotron and laser research methods in materials science / Рентгеновские синхротронные и лазерные методы исследования в материаловедении», выпускниками которой стали 54 человека;
- Проведена всероссийская Школа-конференция «Рентгеновские синхротронные и лазерные методы в физике материалов»;
- Продолжены встречи со школьниками в рамках профориентационной и научно-просветительской деятельности.
Результаты проекта в 2022 году:
Творческий коллектив:
115 человек, включая: 23 доктора наук, 68 кандидатов наук, 18 аспирантов, 15 магистрантов
Наука
> Создана теоретическая модель генерации рентгеновских фотонов с орбитальным моментом в ондуляторе и исследованы эффекты циркулярного дихроизма в процессах ионизации атомов бигармоническим nw+mw пучком
Пространственная плотность энергии закрученных фотонов
> Исследованы процессы образования супрамолекулярных сборок малых гетероциклических органических молекул с заданными микроструктурными характеристиками
Трехмерная и двумерная диаграммы взаимодействия лиганда ZINC12601598 и хистона диацетилазы
> Исследованы процессы сверхбыстрой магнитной динамики при оптической накачке в ферримагнитных тонких пленках с несколькими магнитными подрешетками Разработана модель, описывающая пространственные магнитные флуктуации, возникающие в ферромагнитных доменах при оптической накачке
(а)
(б)
Схематическое изображение магнитного малоуглового рассеяния от многослойного образца Co/Pt c лабиринтными магнитными доменами
> Разработаны методы эпитаксиального выращивания тонких ферримагнитных пленок с несколькими магнитными подрешетками
> Разработана технология получения тонких пленок смешанно- галогенидных перовскитов CsPbBr3-YX, Y= Cl, I и получены образцы для исследования при помощи синхротронного излучения
Дифрактограммы образцов тонких пленок смешанно-галогенидных перовскитов
> Проведены исследования полиэлектролитных полимерных, перспективных в области адресной доставки лекарственных соединений и биологически активных веществ
Рентгенограммы образцов полиэлектролитных матриц с (зеленая кривая) и без (красная кривая) биологически активных веществ
> Исследован рост графена на подложке SiC, созданы образцы макромолекулярных композитов на основе функционализированного графена (МКФГ)
Принципиальная схема реакции получения серосодержащего МКФГ, разработанная в ходе выполнения проекта
> Разработаны новые принципы структурной диагностики атомной и электронной структуры МКФГ, выбрана структура композитов и дизайн образцов, синтез которых будет проводиться в третий год выполнения проекта с целью проведения измерений на станциях EuXFEL (либо аналогичных установок)
Оптическая фотография пленки аминированного графена на поверхности подложки с системой измерительных электродов после их разварки золотой проволокой
> Получены электродные материалы химических источников тока и ячейки на основе аккумуляторного элемента для исследования структурно фазовых превращений непосредственно в процессе заряда и разряда с использованием синхротронного излучени
(а)
(б)
Сборка аккумуляторной ячейки: компоненты аккумулятортной ячейки (а), перчаточный бокс Вилитек (б)
> Совместно с НИИ Гриппа проведены работы по культивации и инактивации различных штаммов коронавирусов, разработаны методы очистки и характеризации образцов вирусных частиц; получена база данных рамановских спектров коронавирусов
Электрофореграмма, демонстрирующая наличие полос, соответствующих по молекулярному весу S и N белкам коронавируса SARS-CoV-2
> Собран массив микроснимков супермолекулярных самосборок с различными микроструктурными характеристиками для последующего анализа влияния условий формирования на микроструктурные характеристики самосборок статистическими методами и методами машинного обучения
Архитектура нейронной сети VGG16, адаптированная для заданной системы
Мероприятия по созданию сетевой синхротронной и нейтронной научно-исследовательской инфраструктуры на территории Российской Федерации
> Создана научно-исследовательская лаборатория «Спектроскопия биологических объектов»
> Проведено дооснащение лабораторий комплектующими и оборудованием для установок синтеза и анализа нано- и биоматериалов
Подготовка научных кадров для проведения синхротронных и нейтронных исследований
> По профессиональной программе разработаны и опубликованы в открытом доступе на сайте Университета ИТМО учебно-методические пособия:
1. Е.Э. Попов, В.В. Виткин. Лазерная спектроскопия биологических объектов: Учебное пособие. – СПб: Университет ИТМО, 2022. – 46 с.
http://books.ifmo.ru/book/2575/lazernaya_spektroskopiya_biologicheskih_obektov:_uchebno-metodicheskoe_posobie._.htm
2. Алоджанц А.П., Баженов А.Ю., Никитина М.М., Осипов С.В, Ца-рёв Д.В. Interaction of Radiation with Matter: Guidelines for Practical Work: Учебное пособие. - Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2022. - 52 с.
http://books.ifmo.ru/book/2612/Interaction_of_Radiation_with_Matter:_Guidelines_for_Practical_Work:_uchebnoe_posobie._.htm
3. Кириленко Д.А. Physical Crystallography = [Физическая кристал-лография] : Учебно-методическое пособие - Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2022. - 38 с.
http://books.ifmo.ru/book/2619/Physical_Crystallography_=_[fizicheskaya_kristallografiya]_:_uchebno-metodicheskoe_posobie.htm
4. Кириленко Д.А. Fundamentals of Structural Characterization by Dif-fraction Techniques: Учебно-методическое пособие. - Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2022. - 33 с.
http://books.ifmo.ru/book/2618/Fundamentals_of_Structural_Characterization_by_Diffraction_Techniques:_uchebno-metodicheskoe_posobie..htm
5. Snetkov P.P., Morozkina S.N., Uspenskaya M.V. Hyaluronic acid as a polymer matrix for perspective biomaterials : Study Guide. - : ITMO Univer-sity, 2022. - 31 с.
разработаны курсы лекций и презентации к ним
> С целью формирования устойчивого интереса у выпускников школ к исследовательской деятельности на уникальных научных установках класса "мегасайенс" проедены встречи со школьниками в рамках профориентационной и научно-просветительской деятельности
Фотографии встреч с учащимися школ №31 и №368 г. Санкт-Петербурга
> Проведена приемная кампания и реализованы модули 1-го семестра образовательной программы «Лазерные и синхротронные технологии мегасайенс / Megascience laser and synchrotron technologies» https://abit.itmo.ru/program/master/megascience
> Реализована программа дополнительного профессионального (ДПО) образования повышения квалификации «X-ray synchrotron and laser research methods in materials science / Рентгеновские синхротронные и лазерные методы исследования в материаловедении». Удостоверение о повышение квалификации выдано 57 слушателям программы, успешно прошедшим обучение
> В рамках конференции «20th International Conference Laser Optics ICLO 2022» была организована школа «X-ray synchrotron and laser research methods in materials science» https://laseroptics.ru/
Результаты проекта в 2021 году
Наука
> исследованы сечения ионизации нейтральных атомов бигармоническим излучением и эффекты дихроизма при такой ионизации, квантовое состояние и угловой момент фотонов ондуляторного излучения, а также квантовой запутанности и роли пост-селекции квантового состояния конечного электрона в ондуляторном излучении EuXFEL
> отработана технология выращивания образцов тонких магнитоупорядоченных слоёв с перпендикулярной магнитной анизотропией и исследованы их морфология, кристаллическая структура и магнитные свойства
> разработано программное обеспечение по анализу сверхбольших массивов данных по магнитному рассеянию
Процесс обработки данных по малоугловому рассеянию рентгеновского излучения, полученных с детектора DSSC на станции SCS EuXFEL
> проведена модернизация ростовой установки для получения образцов графена на SiC, проведён отжиг и травление образцов, изучены их характеристики
АСМ карты рельефа поверхности подложки SiC после отжига в газовой смеси, содержащей водород при разной температуре
> получены и изучены образцы макромолекулярных композитов на основе оксида графена и различных красителей
Схема функционализации графена
> разработана методика in situ мониторинга на установке EuXFEL морфологии и кристаллической структуры одиночного GaAs ННК при автокаталитическом ростеъ
Схема измерений морфологии и фазы одиночного нитевидного нанокристалла методом XRD
> разработана и испытана методика изготовления композитных материалов на основе полидиметилсилоксана и металлических и оксидных частиц с использованием метода микроволнового нагрева
> разработана методика получения нановолокнистых полиэлектролитных полимерных матриц методом электропрядения из растворов на основе гидрофильной гиалуроновой кислоты с «загрузкой» природного гидрофобного биологически активного агента куркумина без применения токсичных активирующих агентов
> проведена инактивация вируса гриппа с последующим исследованием образцов методом Рамановской спектроскопии для подготовки к исследованиям на EuXFEL
Функции пространственного распределения элементов супрамолекулярных сборок
> получены и исследованы образцы нанокристаллов галогенидных перовскитов
Флуоресцентные снимки и спектры излучения перовскитных микро- и нанокристаллов
> получены и исследованы фотокатализаторы в форме нано- и микрочастиц оксида цинка
Изображения синтезированных дисперсных частиц оксида цинка
Образование
> предложена концепция магистерской ОП «Лазерные и синхротронные технологии Мегасайенс»
> разработан учебный план магистерской ОП, включая набор дисциплин и назначение преподавателей https://abit.itmo.ru/program/16117/
> организована Школа-конференция молодых учёных "X-ray synchrotron and laser research methods in materials science" https://laseroptics.ru/2-uncategorised/169-the-school-x-ray-synchrotron-and-laser-research-methods-in-materials-science.html , участники которой имеют уникальную возможность получить дополнительное образование по направлению «X-ray synchrotron and laser research methods in materials science / Рентгеновские синхротронные и лазерные методы исследования в материаловедении»
Общие сведения
Заказчик
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2021-1349)
Финансирование
грант в форме субсидии из федерального бюджета на реализацию отдельных мероприятий ФНТП СиН в 2021-2023 гг. Объём финансирования: субсидия 305 млн. руб. + софинансирование 30.5 млн. руб.
Цель работы
Создание сбалансированной экосистемы подготовки кадров и проведения уникальных исследований на установке EuXFEL и других установках класса «мегасайенс» на основе интеграции фотонных, цифровых и биотехнологий.
Научный руководитель
доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ЛОФДиГ Алексей Евгеньевич Романов
Направления научных исследований
> биосенсоры на основе интерфейса графен/SiC; лидеры направления – Т.С. Аргунова, А.А. Лебедев, ФТИ
> галогенидные перовскиты для возобновляемой энергетики; лидер направления – С.В. Макаров, ИТМО
> источники “закрученных” фотонов рентгеновского диапазона; лидер направления – Д.В. Карловец, ИТМО
> полиэлектролитные полимерные матрицы, в том числе на основе биополимеров, со смесью гидрофильных/гидрофобных биологически активных веществ; лидеры направления – М.В. Успенская, Р.О. Олехнович, ИТМО
> макромолекулярные композиты на основе функционализированного графена; ; лидер направления – М.В. Байдакова, ФТИ
> молекулярные сети в механике адгезии композиционных материалов на основе ПДМС; лидер направления – Л.М. Дорогин, ИТМО
> сверхбыстрая динамика перемагничивания в тонких слоях ферромагнетиков; ; лидер направления – С.М. Сутурин, ФТИ
> спектральный паспорт SARS-Cov-2; лидеры направления – В.В. Виткин, ИТМО и Д.Н. Даниленко, НИИ гриппа
> супрамолекулярные самосборки и наноразмерные структуры; лидеры направления – Е.В. Скорб ИТМО
> функциональные материалы для химической и энергетической промышленности; лидер направления – М.В. Дорогов, ИТМО
Консорциум
Университет ИТМО + Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе + НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева