16.03.01_12 «Физика и нанотехнологии смарт-материалов»

Умные материалы (англ. smart materials) - это широкая группа материалов, выполняющих важные и зачастую необычные задачи в современной технике. Сейчас их роль в технологиях стремительно возрастает, они находят новые ниши в специализированной и бытовой электронике, являются основой нескольких зарождающихся технологий энергонезависимой памяти (FeRAM, ReRAM и другие), средами для перспективных подходов к запасанию энергии, активными элементами электромеханических преобразователей (УЗИ, сонары, парктроники, наноактюаторы для прецизионной оптики и производства), элементов тактильного, звукового и визуального взаимодействия с пользователем в современных устройствах мобильной связи. Введение в производство новых материалов этой группы значительно полагается на усилия междисциплинарных команд по исследованию и разработке, требующих разностороннего кругозора и постоянного пополнения новыми специалистами.

Что делает умные материалы умными? В целом, это их возможности по резкому изменению свойств в ответ на изменение внешних условий. Для электрооптических материалов, например, это сильные изменения поляризующей способности в ответ на электрическое поле, благодаря чему возможны жидкокристаллические дисплеи. Для запоминающих устройств это перестройка кристаллической структуры в ответ на внешние поля, изменение объема для электромеханики, изменение проводимости или других транспортных свойств для токовых и тепловых шлюзов. Обычно к умным материалам сегодня не относят полупроводники и сверхпроводники, поскольку для последних существуют хорошо устоявшиеся области исследований и применений. Применения же умных материалов существенно разностороннее и многие ниши сейчас еще только формируются.

Образовательный профиль стремится к достижению оптимума между сильной фундаментальной базой – физикой и необходимым математическим аппаратом, и набором современных дисциплин, возникших совсем недавно. Сюда относятся междисциплинарные курсы, цель которых - дать студенту возможность эффективной работы в командах разносторонних специалистов, как этого требует современный, сильно глобализованный производственный ландшафт. Выпускники будут иметь сильную фундаментальную подготовку и одновременно - достаточно широкий профессиональный кругозор. Это позволит им успешно интегрироваться в НИОКР-центры ведущих высокотехнологичных компаний или воспользоваться полученным образованием как ступенькой к дальнейшему академическому развитию - профильной аспирантуре.

У нас есть несколько сильных профильных лабораторий, работая в которых, студенты могут приобрести непосредственный опыт научной и конструкторской деятельности в области умных материалов, приобрести первые связи с производственными объединениями, заработать первые деньги, работая по специальности.

Лаборатория сильноточной и вакуумной СВЧ электроники. Эта лаборатория занимается созданием опытных образцов и исследованием гиротронов - уникальных источников мощного коротковолнового СВЧ-излучения. Гиротроны мегаваттного уровня мощности активно используются для нагрева плазмы и управления током в перспективных устройствах для производства электрической энергии за счет управляемого термоядерного синтеза. Для диагностических и медицинских приложений востребованы гиротроны средней и малой мощности субтерагерцового диапазона частот. На данный момент мы продолжаем поиски путей совершенствования и развития конструкции гиротронов – применение новых наноструктурированных материалов открывает новые возможности улучшения электронных пушек, пространства взаимодействия, коллекторов и окон. Для гиротронов умеренной мощности в качестве источников электронов могут быть использованы холодные полевые эмиттеры, не требующие нагрева до высоких температур. В лаборатории уже были разработаны стойкие к воздействию фуллереновые покрытия, позволившие значительно увеличить время работы острийных эмиттеров. Были разработаны многослойные нано-структурированные полевые эмиттеры – источники для электронных пучков высокой плотности. Инжиниринг композитных материалов (например, фуллеренов, нанотрубок графенов) позволяет реализовывать различные механизмы эмиссии. В этой лаборатории можно научиться проектировать наноматериалы для холодных электронных эмиттеров, которые востребованы не только для гиротронов, но и для других вакуумных СВЧ-устройств.

Лаборатория самоорганизующихся высокотемпературных наноструктур изучает физические процессы и возможности практического применения различных наноструктурированных объектов, сформированных на поверхности твердого тела методами вакуумного осаждения. Так, например, в тонких многослойных металлических нанофольгах можно сформировать запас большого количества энергии, которая в последствии высвобождается в ходе реакции самораспростроняющегося высокотемпературного синтеза. Такая фольга находит применение в электронной промышленности для осуществления пайки различных элементов без применения дополнительных источников тепла, без паяльника, без нагревательной печи. Различные упорядоченные наноструктуры, сформированные на поверхности твердого тела, в силу размерных эффектов оказываются весьма чувствительными к различным внешним воздействиям, что делает их перспективными наноматериалами для создания высокочувствительных сенсоров, применимых для детектирования электромагнитных полей, оптического излучения, температуры. Тонкие кластерные наноразмерные пленки показали высокие электронно-эмиссионные характеристики, что позволяет применить их в качестве эффективных автоэмиттеров при создании плоских автоэмиссионных катодов, используемых в различных электронных устройствах.

Научно-образовательный центр "Физика нанокомпозитных материалов электронной техники" разрабатывает наноструктурированные материалы для применения в устройствах по запасанию энергии и информации. Новое направление исследований лаборатории - создание сверхкомпактных охладительных элементов на основе эпитаксиальных гетероструктур, содержащих пленки антисегнетоэлектрического и ферромагнитного материалов. Диэлектрические наноструктуры отличаются от классических, хорошо исследованных полупроводниковых гетероструктур тем, что некоторые из слоев диэлектрических гетероструктур могут испытывать фазовые переходы под действием внешних воздействий. Например, недавно студенты и аспиранты научно-образовательного центра открыли новый тип упорядочений ионных сдвигов в антисегнетоэлектрических эпитаксиальных пленках, при котором образуются длиннопериодические структуры, способные в перспективе хранить информацию в самоорганизующихся ячейках энергонезависимой памяти. Также в этом центре открыли новый тип структурных фазовых переходов в кристаллах - триггерные несоразмерные переходы (triggered incommensurate transitions). Многие из этих исследований проводятся в сотрудничестве с ведущими международными исследовательскими центрами, с которыми ведется активное вовлечение студентов и аспирантов в научную работу. Особенно плотные связи с Китаем и Индией.

Студенты профиля "Физика и нанотехнология смарт-материалов" плодотворно участвуют в конференциях, в том числе и международных, результаты их дипломных исследований часто попадают в высокорейтинговые публикации в ведущих научных журналах. Довольно многие получили опыт работы за рубежом. Многие выпускники трудоустроены в ведущих предприятиях Санкт-Петербурга и добились успехов в профессиональной деятельности. Присылайте резюме.

Варианты обучения: