Как рассказали редакции в Департаменте образования и науки города Москвы, средний возраст претендентов — около 32 лет (максимально возможный для докторов наук — 40 лет и для всех остальных — 36 лет). Премии среди прочих регулярно удостаиваются аспиранты и студенты, работающие в составе научных коллективов.
Популярность премии постоянно растёт: например, в 2021 году было подано 1083 заявки, в 2022 году — 1123, а в 2023-м уже 1292. Сейчас в Российской Федерации проходит Десятилетие науки и технологий, и организаторы конкурса полагают, что и в этом году число заявок превысит прошлогоднее.
Последние три года наибольший интерес участников конкурса на соискание премии Правительства Москвы молодым учёным вызывают номинации «Медицинские науки» и «Химия и науки о материалах». По этим номинациям подаётся около 25% от общего числа заявок, что отражает актуальность данных направлений в российской и мировой науке и востребованность результатов исследований и разработок.
Работы обладателей премии очень сильные и находятся в авангарде современной науки. Об этом говорит большое количество публикаций в ведущих научных журналах. Кроме того, многие из разработок лауреатов внедряются на предприятиях реального сектора экономики Москвы и России. О высоком качестве работ победителей конкурса свидетельствует также присуждение этим исследователям премий Президента РФ в области науки и инноваций для молодых учёных и премий Правительства Российской Федерации в области науки и техники для молодых учёных.
Если кто-то не удостоился премии Правительства Москвы молодым учёным с первого раза, он имеет возможность подать заявку на конкурс ещё раз — ограничений по числу попыток нет. И бывают случаи, когда при повторной подаче заявки соискатель становится лауреатом.
В 2024 году заявки на участие в конкурсе принимаются до 19 июля. Подавать их можно на странице премии https://nauka.mos.ru.
В апрельском номере журнала мы рассказали о работах нескольких лауреатов 2023 года (см. «Наука и жизнь» № 4, 2024 г.). Представляем ещё три исследования, удостоенные премии Правительства Москвы молодым учёным.
Фосфорный свет для наших улиц
Фосфор назвали фосфором за его способность светиться в темноте. Ещё за полторы с лишним тысячи лет до его открытия как химического элемента «светящееся» имя Фосфор носила утренняя звезда (планета Венера) — так её называли древние греки. В наши дни фосфор продолжает свой светлый путь в самых современных источниках света — белых светодиодах. Хотя, по правде говоря, и фосфор там не в чистом виде, да и белые светодиоды на самом деле не совсем белые.
Дело в том, что настоящих белых светодиодов не бывает, по крайней мере, пока. Есть красные, зелёные, синие светодиоды, даже светящие ультрафиолетом. Если же от светодиодов требуется белый свет, то мы должны каким-то образом смешать эти цвета, чтобы наш глаз воспринял получившуюся смесь электромагнитных волн как белый свет солнца. Сделать это можно с помощью трёх светодиодов разного цвета, которые в сумме дадут белый свет, — по такому принципу сейчас функционируют OLED-дисплеи современных смартфонов. Способ вполне рабочий, но в некоторых случаях явно избыточный: если вам нужен только яркий белый свет, а не возможность показывать разноцветные картинки, то освещать темноту фактически кусочком высокотехнологичного экрана — удовольствие не из дешёвых.
Поэтому идут на хитрость: берут один светодиод, синий, а дальше из него «делают» белый свет. Или почти белый. В качестве синего светодиода в большинстве случаев сейчас трудится полупроводниковая гетероструктура на основе нитридов индия и галлия (InGaN), излучающая свет длиной 465 нанометров. Кстати, за изобретение синего светодиода трое учёных Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура в 2014 году получили Нобелевскую премию по физике — настолько это открытие изменило нашу жизнь. Вся же «химия» белого света находится в люминофорном слое, покрывающем светодиод.
Если взять обычный светодиодный фонарик или лампочку и присмотреться к самому светодиоду, то можно заметить, что он покрыт составом желтоватого цвета. Это люминофор — вещество, которое при освещении светом одного цвета может светиться светом другого цвета. Например, при освещении синим светом — светиться жёлтым. Если сквозь слой люминофора пропустить синий свет, то часть его станет жёлтым, а вместе с прошедшим синим в сумме получится свет, воспринимаемый нами как белый. От свойств и толщины люминофорного покрытия зависит то, какой в итоге свет получится. Одни лампы светят холодным светом, уходящим в «синеву», другие — нейтральным и приятным для глаза тёплым «белым». Чтобы как-то стандартизировать «светодиодный белый», используют такие параметры, как цветовая температура и индекс цветопередачи. Если первый показывает, «тёплый» свет или «холодный», то второй — насколько будет отличаться цвет, например, зелёного и красного яблок, освещаемых светодиодной лампочкой и солнечным светом.
Помимо того, что нам хотелось бы получать белый свет хорошего качества, максимально похожий на солнечный, люминофорное покрытие должно быть устойчивым и долговечным. Мощные светодиоды весьма сильно греются, а люминофор находится в самой горячей зоне — непосредственно над излучающим свет и греющимся кристаллом. Со временем люминофор деградирует и начинает хуже переизлучать свет, в результате чего не только тускнеет свет светодиодной лампы, но и меняются его цветовые характеристики. Это будет особенно заметно, если расположить рядом новую и уже повидавшую жизнь лампочки. Над тем, чтобы продлить срок жизни светодиодной лампочке, сэкономить электроэнергию и помочь нашим глазам, работает не один коллектив учёных по всему миру — несмотря на то, что светодиоды окружают нас со всех сторон, в них есть ещё много чего, что можно улучшить. И здесь из тени в свет снова выходит фосфор.
Коллектив исследователей с химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова под руководством кандидата химических наук Дины Дейнеко уже не первый год занимается разработкой новых люминофорных материалов на основе фосфата кальция. Сам по себе фосфат кальция нельзя назвать каким-то уникальным веществом. Он входит в состав различных минералов, из него состоят эмаль зубов и костная ткань, его используют в качестве минерального удобрения для растений. Благодаря химической и термической устойчивости кристаллических фосфатов, на них также смотрят как на потенциальный материал для долговечных светодиодов. Но если нанести фосфат кальция на синий светодиод, то… ничего не произойдёт, поскольку это вещество относительно прозрачно для синего или ультрафиолетового излучения. Чтобы заставить фосфат светиться и превратить его в люминофор, в его кристаллическую структуру нужно внедрить активатор. В роли таких «включателей» люминесценции обычно выступают ионы редкоземельных элементов. Строение электронных оболочек этих элементов позволяет им под действием синего или ультрафиолетового света переходить в возбуждённое состояние, а затем «успокаиваться» — возвращаться в основное состояние, излучая при этом свет более «тёплой» длины волны. Так, очень упрощённо, устроен процесс люминесценции.
«Зажигать» фосфат сейчас в основном пытаются с помощью лантаноидов — элементов из «подвала» таблицы Менделеева. Теоретически на роль активаторов подойдут и более тяжёлые актиноиды, их электронная структура это позволяет, но они радиоактивны и светить такая лампочка будет уже совсем нездоровым светом. Лантаноиды же, вроде диспрозия, самария, европия, гольмия и других элементов, и радиоактивности не проявляют, и в качестве активаторов люминесценции хорошо работают. Получается, что у нас есть «домики» для активаторов — кристаллы фосфата кальция, есть сами активаторы — лантаноиды, остаётся только смешать первых со вторыми, а получившееся вещество намазать тонким слоем на светодиод — и всё готово?
Если бы всё было так просто, то этим бы не занимались десятки, если не сотни научных групп. Лантаноиды весьма «капризны» и по-разному себя проявляют в зависимости от того, в какое кристаллическое окружение они попадают. Поэтому «удачно» поселившийся в кристалле активатор будет работать за троих, а если ему что-то «не понравится», то и эффективность получившегося люминофора будет далека от желаемой. Это важно, поскольку редкоземельные элементы — весьма дорогие вещества и тратить их впустую совсем не хочется. Другая проблема происходит от разнообразия кристаллических «квартир», которое предоставляет фосфат кальция. В зависимости от условий синтеза и выбранных реагентов результат «расселения» активаторов по фосфату кальция, да и сама структура фосфата кальция могут очень сильно отличаться.
Дина Дейнеко вместе с коллегами исследовала более трёхсот люминофоров на основе фосфата кальция для того, чтобы установить, как их кристаллическое строение влияет на люминесцентные свойства. Это позволит научиться управлять процессом синтеза люминофора и получать качественный и долговечный материал с желаемыми свойствами и с пользой для глаз и кошелька. Результатом проделанной работы стали открытые закономерности эффективности люминофоров в зависимости от кристаллической структуры фосфатной матрицы и особенностей размещения в ней люминесцентно-активных ионов, а также подходы и методики синтеза люминофоров для светодиодных устройств.
За разработку подходов направленного синтеза энергоэффективных люминесцентных материалов для LED-освещения Дина Дейнеко была удостоена премии Правительства Москвы молодым учёным за 2023 год в номинации «Наука мегаполису».
