Современные кристаллы: как исследователи ИПФ РАН в Нижнем Новгороде создают уникальные материалы для лазеров

«Лицо» современной физики – Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) в Нижнем Новгороде – является одним из ведущих физических институтов России. Вот уже почти 50 лет здесь проводятся различные исследования, результаты которых ложатся в основу уникальных разработок, применяемых во всем мире – гиротроны, мощные лазерные системы, средства гидроакустической метрологии. Чем сегодня занимаются исследователи в стенах института, рассказываем в новом материале в рамках проекта «Homo Sapiens нижегородский».

Представляете себе кристалл? Это не просто прозрачный камень с четкими и красивыми гранями, который можно поставить на полочку и любоваться им. Настоящие кристаллы широко применяются в самых разных сферах жизни: в технике их используют для создания жидкокристаллических дисплеев у телевизоров, в медицине – в датчиках для измерения температуры или давления.

В отделении нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН тоже есть такие кристаллы, но уже для работы со сверхмощными лазерами. Здесь выращиваются огромные кристаллы группы KDP, которые используются для преобразования лазерного излучения. Растет такой кристалл шесть месяцев – от 3 до 15 мм в сутки, весит до 100 кг, а его стоимость достигает десятков миллионов рублей.

Содержатся кристаллы в специальных «банках» размером с человеческий рост – кристаллизаторах. Они могут достигать объемов до 700 литров: такие гигантские размеры предусмотрены неслучайно.

«Сейчас пиковые мощности лазеров достигают нескольких единиц петаватт. Для преобразования такого мощного излучения нужны либо кристаллы, которые имеют высокую лазерную стойкость, либо кристаллы большой световой апертуры, – рассказывает заведующий лабораторией роста кристаллов Владимир Грибко. – Наука пошла по тому принципу, что пока нет таких кристаллов, которые бы не разрушились под воздействием лазеров, и решили увеличивать размеры. Но, как оказалось, единственное возможное вещество, которое может достигать больших размеров, – это кристалл дигидрофосфата калия».

Помещение, где выращиваются кристаллы, должно быть максимально чистым. Даже самая мельчайшая пылинка, если попадет внутрь кристаллизатора, может спровоцировать рост так называемых «паразитных кристаллов», которые будут мешать росту основного. Поэтому вход в лабораторию – строго в халатах, бахилах, а в работе с материалом обязательны перчатки.

Сами кристаллы также вырастают из растворов чистейшей воды – можно даже пить. Однако ученые предупреждают, что длительное употребление такой воды может привести к вымыванию калия и магния из организма.

Кристаллы, когда они вырастают до нужных размеров, достают из кристаллизатора, нарезают, затем шлифуют, полируют, покрывают просветляющим покрытием и направляют заказчикам.

Один из первых массивных кристаллов, выращенных в лаборатории роста кристаллов, имеет возраст порядка 30–40 лет.