Перечень услуг, предоставляемых центром коллективного пользования «Центр микроволновых и лазерных нанотехнологий»

Одной из основных задач центра является повышение эффективности научно- исследовательских и опытно конструкторских работ путем предоставления сторонним организациям доступа к  существующему и вновь запускаемому оборудованию центра. Центр обеспечивает представление услуг по трем направлениям: использование сторонними организациями для проведения испытаний и исследований уникальных установок и стендов ЦКП, проведение работ с использованием оригинальных технологий и технологического оборудования ЦКП, использование сторонними организациями оригинальных метрологических разработок, методов аналитических исследований и средств измерения.

Кроме того, оборудование ЦКП систематически используется в учебном процессе для выполнения: лабораторных работ студентами старших курсов, спецпрактикумов студентами 4-6 курсов. , в профориентационной работе с молодежью - ежегодно проводятся ознакомительные экскурсии для школьников города Н. Новогорода.

1. ЦКП предлагает для использования сторонними организациями следующие установки и стенды.

  • Фемтосекундные лазерные стенды для облучения мишеней (газовых, твердотельных) оптическим излучением с мощностью около 500ТВт (1 импульс в 30 минут), с мощностью 1ТВт (частота повторения 10Гц), с мощностью 0.1ТВт (частота повторения 1кГц).
  • Экспериментальные комплексы на основе гиротронов и карсинотронов для облучения мишеней импульсным электромагнитным излучением с мощностью до 1ГВт (сантиметровый диапазон длин волн, длительность импульса десятки наносекунд) и до 1МВт (миллиметровый диапазон, длительностью до 1 секунды).
  • Оптический когерентный микроскоп для исследование биофизических процессов на уровне клетки.
  • Экспериментальная установка для изучения сверхбыстрых процессов pump-probe методом. Позволяет исследовать кинетику фотовозбужденных носителей с субпикосекундным временным разрешением.
  • Экспериментальная установка для изучения электрооптических свойств новых полимерных материалов. Позволяет исследовать полимерные пленки как с низкой (<200C), так и с высокой температурой стеклования.
  • Микроволновый комплекс для нагрева диэлектрических материалов на основе специализированного гиротрона с регулируемой выходной мощностью до 10 кВт на частоте 24 ГГц.
  • Стенд для спекания в условиях микроволнового нагрева образцов лазерной керамики при температурах свыше 1700°С и вакууме порядка 10-5 атм с регулируемым временным профилем температур.
  • Специализированные гиротронные комплексы микроволновой обработки материалов для исследования процессов взаимодействия интенсивного микроволнового излучения с широким классом диэлектрических, полупроводниковых и металлических материалов, разработка методов создания новых материалов. Исследования можно проводить при мощностях микроволнового излучения       3 – 15 кВт в частотном диапазоне 24-84 ГГц при объеме рабочей камеры 100 л и более в диапазоне давлений 2 – 10-5 атм; точность автоматического поддержания температуры в процессах высокотемпературной обработки материалов 0,3%.

2. Оригинальные технологии и технологическое оборудование, предоставляемые центром.

  • Выращивание поликристаллических алмазных пластин толщиной 0.5-1 мм и диаметром 50-75 мм из газовой фазы в плазме СВЧ разряда для различных применений, в том числе для использования в качестве теплоотводящих подложек в электронной аппаратуре.
  • Обработка поверхности алмазных пленок и пластин до шероховатости поверхности по 10-12 классу (Ra = 0.04-0.06).
  • Экспериментальный стенд для генерации и регистрации сверхкоротких импульсов электромагнитного поля в терагерцовом диапазоне с помощью фемтосекундных лазерных импульсов.
  • Сильноточные источники ионов и интенсивные потоки неравновесной плазмы для модификации поверхностей на основе ЭЦР разряда, поддерживаемого мощным миллиметровым излучением гиротронов.
  • Стенд для микромодификации поверхности и объема широкого класса веществ с помощью фемтосекундных лазерных импульсов.
  • Стенд для измерния оптических и термооптических характеристик среды в диапазоне температур от 77 до 300К.
  • Стенд для измерения контраста фемтосекундного импульса в интервале до 10нс с динамическим диапазоном 8 порядков.
  • Волоконная фемтосекундная лазерная система мощностью до 20 Вт для микроструктурирования материалов и генерации терагерцового излучения.
  • Стенд неразрушающего контроля поверхности (микрошероховатости и плоскостности) оптических поверхностей и исследования микро- и наноструктур с разрешением по глубине ~ 1 ангстрем и менее 1 микрона по горизонтали и с размером изучаемой области до ~ 1 х 1,5мм. Размер исследуемых деталей до~ 40x40см.
  • Параллельное преобразование аналоговых сигналов для задач обработки информации и нейрокомпьютинга.

3. Аналитические методы исследования и средства измерений.

  • Исследование динамики релаксации фотовозбужденных состояний вещества с субпикосекундным временным разрешением методом возбуждения-зондирования в ИК и терагерцовом диапазонах.
  • Исследование нелинейных и электрооптических свойств новых материалов с субпикосекундным временным разрешением.
  • Исследование действительной и мнимой части диэлектрической восприимчивости твердотельных, жидких и газообразных образцов методами терагерцовой импульсной спектроскопии в диапазоне 0.2-2 ТГц.
  • Измерение диэлектрических свойств жидких, твердых и газообразных диэлектриков в ММ и СубММ диапазоне длин волн, включая измерения в широком диапазоне коэффициента поглощения газов, тангенса потерь и показателя преломления в твердых и жидких диэлектриках, а так же для измерения коэффициентов отражений металлов, сплавов и металлических покрытий.
  • Разработанные методы оптической диагностики патологических процессов на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях на базе инвертированного микроскопа для работы в проходящем свете
    • разработка методов направленной доставки в организме полифункциональных агентов на основе моноклональных антител флуоресцентных соединений относящихся к различным классам, с целью определения возможности их применения в диагностике;
    • разработка модельных систем для оценки эффективности терапевтических методов воздействия с использованием флуоресцентных белков;
    • оценка цитотоксического эффекта диагностических и терапевтических агентов.
  • Исследование динамики релаксации фотовозбужденных состояний вещества с субпикосекундным временным разрешением методом двухцветного возбуждения-зондирования в в диапазоне длин волн 500-2600 нм.
  • Методика по определению толщины и линейных размеров объектов методами оптической микроскопии.
  • Тестирование СВЧ узлов и приборов в широком диапазоне частот и в различных температурных режимах (от комнатных до криогенных); измерения шумовых характеристик и чувствительности миллиметровых и субмиллиметровых приемников.
  • Измерение параметров волноводных и квазиоптических систем в диапазоне от 8 ГГц до 250 ГГц. Измерительная техника базируется на скалярных панорамных измерителях (коэффициентов отражения и прохождения), перекрывающих указанный диапазон, и механических устройств, обеспечивающих сканирование приемного рупора в плоскости измерения. Для измерений различных трактов возможно использование возбудителей различных типов волн (например, ТЕ11, ТЕ01, ТМ01, НЕ11, различных высших волн, квазиоптических пучков с гауссовой пространственной структурой).
  • Измерение поглощения излучения в газах и конденсированных средах и отражательной способности металлов в диапазоне частот 36-380 ГГц при температурах от 20 до 6000С; относительная точность измерений показателя преломления и тангенса угла потерь диэлектриков равна соответственно 10-5 и до 10-3, абсолютная точность измерений поглощения в газообразных до 0.002 дБ/км, коэффициента отражения металлов с абсолютной точностью до 3x10-5.

4. Примеры работ с использованием оборудования центра.

  • Совместно с Институтом биохимии им. А.Н. Баха РАН (г. Москва) проводится разработка и исследование свойств модельных систем для прижизненного мониторинга развития опухоли и оценки эффективность новых терапевтических методов воздействия методом флуоресцентной диффузионной томографии. Для создания экспериментальных опухолевых моделей используются опухолевые линии модифицированные красным флуоресцентным белком.
  • Совместно с Институтом биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (г. Москва) ведется работа по созданию новых флуоресцирующих агентов для маркирования клеточных и субклеточных структур на основе конъюгатов специфических белков и полупроводниковых нанокристаллов (коллоидных квантовых точек). Разрабатываются методы и подходы для глубинного имиджинга биотканей с использованием данных контрастирующих агентов.
  • Совместно с Институтом биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (г. Москва) и Нижегородской государственной медицинской академией (Н. Новгород) проводятся исследования возможностей метода многофотонной флуоресцентной микроскопии для наблюдения золотых наночастиц в модельном эксперименте и оценка специфического взаимодействия конъюгатов наночастиц с опухолевыми клетками.
  • Совместно с Нижегородской государственной медицинской академией (Н. Новгород) и Нижегородским госуниверситетом им. Н.И. Лобачевского (Н. Новгород) осуществляется разработка технологии мониторинга фотодинамической терапии на основе методов оптического биоимиджинга. Методами флуоресцентной микроскопии, лазерной сканирующей микроскопии и диффузионной флуоресцентной томографии на различных клеточных линиях и экспериментальных моделях опухолей проводятся исследования субклеточного, клеточного, тканевого и органного распределения фотодинамических агентов.
  • Совместно с Нижегородской государственной медицинской академией (Н. Новгород) в рамках научно-исследовательской работы по разработке неинвазивного метода определения кислородного статуса опухоли на основе оптической диффузионной томографии проводятся иммуногистохимические исследования образцов опухолевой ткани с маркерами гипоксии. Методами флуоресцентной микроскопии и лазерной сканирующей микроскопии проводится оценка специфического флуоресцентного окрашивания тканей.
  • Совместно с Институтом электрофизики УрО РАН (г. Екатеринбург) проведены исследования процессов создания керамических материалов на основе наноразмерных порошков сложных оксидов (компакты составов Al2O3, AlMgOx, Al2O3-ZrO2, Al2O3-ZrO2(стаб. Y2O3), ZrO2 (стаб. Y2O3). Определены режимы спекания в условиях микроволнового нагрева, обеспечивающие получение керамических образцов плотностью не менее 97% от теоретического значения при сохранении субмикронной микроструктуры материала.
  • Совместно с Институтом радиоэлектроники РАН (г. Фрязино, Московская область) проведены исследования процесса спекания порошковых компактов состава, обеспечивающего получения поликристаллического алюмо-иттриевого граната, легированного ионами неодима (YAG:Nd лазерная керамика). Определены условия и режимы микроволнового нагрева, обеспечивающие получение керамических образцов с плотностью, равной (99,8±0,2) % от теоретического значения.
  • Совместно с Институтом физики микроструктур РАН на экспериментальной установке для изучения сверхбыстрых процессов pump-probe методом исследовалась пикосекундная кинетика фотоносителей в структурах с нанокластерами Al, внедренными в матрицу GaAs.
  • Совместно с Институтом металлоорганической химии РАН на экспериментальной установке для изучения электрооптических свойств новых полимерных материалов исследовались электрооптические свойства металлоорганических комплексов CrPAN в  CN-содержащем виниловом мономере.
  • Совместно с Институт электрофизики УрО РАН (Екатеринбург) на специализированном гиротронном комплексе, работающем в режиме непрерывной генерации на частоте 24 ГГц с выходной мощностью до 5 кВт, с использованием специально разработанного устройства одноосного сжатия проводилось  экспериментальное исследование деформации образцов наноразмерных порошков Al2O3, ZrO2, (AlMg)2O3 и Y2O3. Определены режимы спекания в условиях микроволнового нагрева, обеспечивающие получение керамических образцов плотностью не менее 97% от теоретического значения при сохранении субмикронной микроструктуры материала.
  • Совместно с Институтом химии высокочистых веществ РАН (Нижний Новгород) и Всероссийским научно-исследовательским институтом экспериментальной физики (Саров), проводились исследования эффективности спекания лазерной керамики на специализированном гиротронном комплексе при замене части ацетилацетонатных заместителей в ацетилацетонатно-нитратных комплексах алюминия-итрия-неодима на содержащие меньшее количество углерода ацетатные группы, снижающие температуру СВС-синтеза и одновременно уменьшает средний размер частиц граната.
  • Совместно с Институтом сильноточной электроники УрО РАН (Томск), с использованием плазмы ЭЦР разряда, поддерживаемого излучением гиротрона, исследовались процессы дополнительной ионизации плазмы вакуумной дуги, инжектируемой в магнитную ловушку. Показано, что такая плазмса может служить эффективным источником экстремального ультрафиолетового излучения для проекционной литографии высокого разрешения с длиной волны 13.5 нм. Особенностью источника является высокая эффективность генерации и возбуждения многозарядных ионов олова, инжектируемых в ловушку из вакуумно-дугового разряда.  В экспериментах мощность линейчатого излучения с длиной волны 13,5 нм в полосе ± 1% достигала 50 Вт, с к.п.д. преобразования поглощенного в плазме СВЧ излучения в экстремальный ультрафиолет на уровне 1%.
  • Совместно с РНЦ «Курчатовский институт» (Москва), проводилась проверка возможности стабилизации плазмы с использованием источника многозарядных ионов на основе ЭЦР разряда, поддерживаемого излучением гиротрона, в магнитной ловушке со специальной конфигурацией магнитного поля. Показано, что диверторная конфигурация магнитного поля обеспечивает заметное подавление МГД неустойчивости плазмы разряда.
  • Совместно с Институтом физики микрострутур РАН (Нижний Новгород) проводил тестирование специализированныго фильтра на 13,5 нм, на основе рентгеновских многослойных зеркал и абсолютно калиброванного детектора рентгеновского излучения, с использованием в качестве источника рентгена линейчатого излучения многозарядных ионов, образованных в плазме ЭЦР разряда, поддерживаемого излучением гиротронов.
  • Совместно  с Институтом ядерной физики СО РАН (Новосибирск) проводились исследования возможности стабилизации магнитогидродинамических неустойчивостей неравновесной плазмы ЭЦР разряда с помощью радиального электрического поля, подаваемого на плазму системой специальных электродов.
  • Совместно  с Институтом теоретической и экспериментальной физики РФЯЦ (Москва), с помощью оригинального сцинтиллятора  проводились измерения эмитанса ионного пучка, извлекаемого из плазмы ЭЦР разряда.
  • Совместно с Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского с использованием фемтосекундного лазерного комплекса проводились исследование возможности использования эффекта филаментации  мощного двуцветного фемтосекундного лазерного излучения  для  увеличения  эффективности конверсии оптического излучения в терагерцовое.