НУ докторантының жобасы жаңа электрониканы құруға көмектесетін болады

Естеріңізге сала кетейік, 6 сәуірден бастап барлық оқу орындары қашықтықтан білім алуға көшті. Назарбаев Университеті докторанттардың диссертациялық жұмыстарын міндетті түрде онлайн ресурстар арқылы қорғауды ұйымдастырды.

НУ Инженерия және цифрлық ғылымдар мектебінің докторанты Айдар Кемелбай нақты уақыт режимінде “Аса жаңа наномасштабты аспаптар үшін бір өлшемді және екі өлшемді материалдардың синтезі және интеграциясы” тақырыбында докторлық диссертациясын сәтті қорғағандардың бірі болды.

– Назарбаев Университетінде мен 2014 жылы ETH Zurich (Швейцария Федералдық технологиялар институты, Цюрих) магистратурасын бітіргеннен кейін бірден жұмыс істей бастадым. 2015 жылы Инженерия мектебінде (қазір SEDS) докторантура бағдарламасының ашылғаны туралы жариялаған кезде, мен PhD студенттерінің алғашқы тобының қатарына ендім. Таяуда диссертация қорғағаннан кейін мен Назарбаев Университетінде Prof басшылығымен жұмыс істеуді жалғастырамын. Tikhonov Жаратылыстану, әлеуметтік және гуманитарлық ғылымдар мектебінен (SSH).

Диссертацияны онлайн қорғау қиын болды ма?

Онлайн қорғаумен ерекше қиындықтар болған жоқ, бірақ “монитордың экранына” қарап баяндау аздап қолайсыздау сияқты болды, өйткені жұртшылық алдында сөз сөйлеу мен үшін үйреншікті формат болатын.

Өз жұмысыңызда сіз заманауи электронды құралдардың тиімділігін арттыруға байланысты мәселелерді зерттедіңіз. Мұндай нәтижеге не арқылы қол жеткізіледі? Сіз бұл туралы толығырақ айтып бере аласыз ба?

Менің докторлық диссертациямның негізгі міндеті жаңа наноматериалдардың синтезін зерттеу және олардың негізінде электронды аспаптар жасау болды. Атап айтқанда, біз теріс сыйымдылық әсері бар транзисторлар өндіру бойынша жұмыс істейміз. Транзистор -процессорлардағы негізгі құрылымдық элемент. Заманауи  смартфонда  мөлшері небары 1 × 1 см. чипта миллиардтаған наномасштабты транзисторлар бар. Олардың әрқайсысы энергия тұтынады, сондай-ақ жылу бөледі. Қосындысында бұл өте үлкен сандар, әсіресе әлемде қолданылатын электрониканың санын ескеретін болсақ. Біз жұмыс істейтін теріс сыйымдылықтың әсері транзисторлардың тиімділігін айтарлықтай арттыруға, сонымен бірге олардың энергия тұтынуы мен жылу бөлінуін төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл әсерді  Лев Ландау 80 жыл бұрын теориялық болжаған және сипаттаған болатын, алайда, қазіргі уақытқа дейін оны эксперименталды көрсету қажетті дәлдігі жоғары өлшеу жабдықтарының жоқ екендігіне байланысты мүмкін болмады. Бүгін осы әсерге қызығушылық өте зор. Оны әртүрлі материалдарда жанама түрде байқауға болады, ал жақында оны АҚШ пен Германия ғалымдарының екі тобы тікелей өлшеді. Менің диссертациям аясында біз кері сыйымдылық әсері бар транзисторларды іске асыруға арналған материалдарды синтездедік. Келесі кезеңде біз алынған материалдарды нақты электронды аспаптарда тестілеуді жоспарлап отырмыз.

Тұтастай алғанда, біз диссертациямен жұмыс істеу кезінде менің зерттеу тақырыбым бойынша екі мақала жарияладық және оларды қаржыландыруға бірнеше грант алдық. Оның ішінде АҚШ энергетика департаментінің екі гранты бар, олар Берклидегі (АҚШ) Лоуренс Ұлттық зертханасында біздің эксперименттерімізді жүргізуге бөлінген. Бүгін біз осы зертханадағы жұмыс тәжірибесін Назарбаев Университетіне ауыстырамыз және нанотехнологиялық зертхана құруға және оны жабдықтармен жарақтандыруға белсенді қатысамыз.

Сіздің әзірлемеңіз  біздің гаджеттер мен компьютерлердің жұмысын жеделдетуге көмектесе ме?

Біздің әзірлемеміз – ғылым мен технологиялардың дамуын бір қадам ілгерілететін басқа да көптеген жұмыстардың бірі ғана. Біздің нақты әзірлемелеріміз болашақтың гаджеттеріне енбеуі мүмкін, бірақ біздің эксперименттер мен мыңдаған басқа да жұмыстардың нәтижелері бірлесіп гаджеттердің жұмысын жақсартуға және жаңа электрониканы құруға алып келеді. Біздің негізгі міндетіміз – мұндай электроника – ұялы телефондар, компьютерлер және өзгелер – әлдеқайда жылдам жұмыс істеп, алайда бұл ретте, энергия тұтынуды азайтуы тиіс.

Сіз тағы қандай ғылыми жобалармен жұмыс істеуге қатыстыңыз?

Диссертациялық жұмыс аясында біз басқа да қызықты жобалар бойынша жұмыс істедік. Айталық, Dr Kaikanov (SSH) басшылығымен біз НУ-дың жуырда іске қосылған INURA бөлшектер үдеткішінде эксперимент жүргіздік. Бұл үдеткіш материалдарды сәулелендіруге және оларды жылдам қыздыруға мүмкіндік береді. Сәулелендіру кезінде үлгі температурасы секундына бірнеше миллиард градус жылдамдықпен өседі. Бұл, әрине, мұндай жоғары температураға қол жеткізуге болады дегенді білдірмейді, алайда, технологиялық релеванттық мәндер, айталық, 1000 градусқа, өте қысқа уақыт ішінде – секундтың он миллионан бір бөлігі ішінде қол жеткізуге мүмкіндік береді. Асқын  жылдам қыздыру мүмкіндігін пайдалана отырып, бізге әдеттегі жағдайда жоғары температура берілуі мүмкін емес, мысалы, полимерлер төсемдерінің кристалдануына және наноматериалдардың басқа да әсерлеріне қол жеткізуге болады. Асқын қыздыру есебінен бұл материалдар жылуды “сезініп” үлгермейді, бірақ біз олардың физикалық қасиеттерін, басқа да қажетті модификацияларын төсемді бұзбай жасап үлгереміз. Болашақта бұл технология, мысалы, икемді, алып жүретін электроника жасау кезінде қолданылуы мүмкін. Wearable electronics-белсенді дамып келе жатқан бағыт. Осындай электрониканың ең қарапайым мысалы – ақылды сағаттар. Алайда, бүгін ғылым аса күрделі девайстарды жасау бойынша жұмыс істейді, мысалы, 24/7 өмірлік маңызы бар көрсеткіштерді (қысым, пульс, температура) жазып отыратын  сенсорлар немесе қарысулар мен т.б. туралы хабарлайтын сенсорлар. Осындай аспаптарды алып жүру ыңғайлы болу үшін есепке алатын сигналдар полимерлерге салынуы тиіс.   Назарбаев Университетінің  үдеткішінде әзірленетін технологиялар осындай наноматериалдарды жасау мен модификациялаудың тағы бір құралын ұсынады.

 Диссертациямен жұмыс істеу кезінде негізгі қиындық пен негізгі артықшылық неде болды?

Негізгі қиындық жұмыстың алғашқы жылдарында кейбір жабдықтың болмауы болды. Бүгін біз зертхананы қажетті жабдықтармен жабдықтай алдық және Назарбаев Университетінің басқа топтарымен және бөлімшелерімен бірге нанотехнологиялық инфрақұрылымды жақсартуды жалғастырудамыз.

Ал артықшылыққа келетін болсақ, күшті және демеуші ғылыми топ – бұл кез келген жұмыстың табысты болуының кепілі, осы мәселеде менің  жолым болды. Әрине, диссертация ғылыми жетекшілердің көмегінсіз табысты болмас еді – олар Dr. Tevye Kuykendall (Berkeley Lab), Prof. Alexander Tikhonov (NU), Dr. Marat Kaikanov (NU). Мен оларға зор алғысымды білдіремін. Сондай-ақ, отбасыма осы жылдар бойы жан-жақты қолдау көрсеткендері үшін алғыс айтқым келеді.

Өзіңіздің одан арғы жоспарларыңызбен бөлісесіз бе?

Болашақта мен ағымдағы зерттеулерді жалғастыруды және жаңа жобаларды бастауды жоспарлап отырмын. Бұл тұрғыда кейбір идеялар мен алғашқы нәтижелер бар. Жеделдеткіш басқа да жасалып жатқан ғылыми инфрақұрылыммен бірге, менің ойымша, өте қызықты мүмкіндіктер ашады және одан әрі табысты іске асырғым келетін жаңа қызықты идеялар мен жобалардың туындауына бастайды.

Сіздің ойыңызша, диссертация жұмысын жаңа бастаған докторанттарға ең батысы неге назар аудару қажет?

Зерттеудің жүйелендірілген тәсілін пайдалану керек, әсіресе, егер бұл эксперименттік жұмыс болса. Қандай эксперименттердің барынша маңызды, қайсысының маңызы  төмен екендігін жылдам айқындауды үйрену керек, өйткені  бәрін  байқап көргің келеді, ал уақыт бәріне бірдей жетпейді.