Сколковский институт науки и технологий

До недавних пор большинство новых материалов открывали либо случайно, либо методом проб и ошибок, но оба этих подхода непродуктивные и дорогостоящие. Поэтому возникает задача теоретического предсказания новых материалов с нужными свойствами.

Несмотря на очевидность этой задачи, до недавнего времени не существовало методов ее эффективного решения. Однако стремительный прогресс систем искусственного интеллекта, а также увеличение компьютерных мощностей на рубеже нового тысячелетия позволили во многом продвинуться вперед. Сегодня алгоритмы машинного обучения позволяют изучать вещество в экстремальных условиях, которых трудно добиться в эксперименте в лаборатории — например, при очень высоком давлении, как в недрах Земли и других планет, или в низкоразмерных состояниях (двумерные материалы, наночастицы и др.).

Лаборатория компьютерного дизайна материалов Сколтеха занимается поиском новых материалов с уникальными свойствами: сверхпроводников, сверхтвердых материалов, термоэлектриков и т. д., а также разрабатывает методы для их поиска. Посетите тур, чтобы увидеть один из суперкомпьютеров Сколтеха и узнать, как ученые «предсказывают» материалы.

Tescan Solaris — это инструмент FIB-SEM, то есть сканирующий электронный микроскоп с технологией сфокусированного ионного пучка. Он используется для исследования и изготовления наноструктур и функциональных устройств нанотехнологии. Tescan Solaris сочетает в себе прецизионную ионную колонну и электронную колонну с ультравысоким разрешением и иммерсионной оптикой TriLens. Это позволяет выполнять лабораторную модификацию материалов с помощью сфокусированного ионного пучка и получать изображения сканирующей электронной микроскопии с ультравысоким разрешением. СЭМ-изображение формируется вслед за движением электронного пучка последовательно во времени, пиксель за пикселем. Для сравнения: фотографирование на фотоплёнку — это параллельный способ формирования изображения, потому что все зёрна фотоплёнки засвечиваются одновременно. Чем меньше диаметр электронного пучка, тем лучшего пространственного разрешения СЭМ можно добиться. Типичный диаметр электронного пучка — менее 10 нанометров.

Лаборатория была создана в Сколтехе в 2013 году по инициативе профессора Евгения Николаева. Здесь ученые разрабатывают современные методы масс-спектрометрии для биомедицины, экологии, агробиотехнологии, включая создание миниатюрных масс-спектрометров для полевых и космических исследований.

Чтобы расширить области применения приборов и повысить эффективность извлечения информации из регистрируемых данных, сотрудники лаборатории систематически развивают новые аналитические подходы, включая количественные и структурные методы анализа биомакромолекул (белков, пептидов, липидов, метаболитов) и низкомолекулярных соединений в составе сложных природных систем, например вечной мерзлоты и других геологических источников. Исследователи работают на переднем крае науки, применяя методы машинного обучения в своей работе.

Загляните в лабораторию и посмотрите, как ученые проводят эксперименты.

Чистая комната — помещение с контролируемой средой, в котором обеспечены стабильная влажность и температура, а также сниженная концентрация частиц пыли. Последнее достигается за счёт сочетания высокоэффективных фильтров и постоянного оттока воздуха наружу. Чистую комнату используют для работы с экспериментальными образцами. Эта лаборатория необходима для проведения подготовительных работ, связанных с лазерным синтезом и исследованием свойств полупроводниковых 2D-материалов.

Чтобы узнать, какие этапы включает подготовка проб, зайдите в чистую комнату.

​​​​​​​В помещении Лаборатории биофотоники осуществляется синтез нано- и микрочастиц, их характеризация методом динамического рассеяния света (определяется размер, электрокинетический потенциал), измерение спектров поглощения и флуоресценции, а также визуализация частиц in vitro (с возможностями ex vivo и in vivo) методами оптоакустической микроскопии и флуоресцентной визуализации.

Загляните в лабораторию биофотоники для того, чтобы узнать, как ученые исследуют движение лекарств в организме, обмен «смс-сообщениями» между клетками и многое другое.