Հայ գիտնականներ Հակոբ Մարգարյանը, Նունե Հակոբյանը, Դավիթ Հովհաննիսյանը, Տիգրան Սարգսյանը և Վալերի Աբրահամյանը արժանացել են տեխնիկական գիտություններ և ինֆորմացիոն տեխնոլոգիաներ բնագավառի 2014 թ. ՀՀ նախագահի մրցանակին նոր սերնդի օպտիկական տարրի հիման վրա ստեղծված սպեկտրաբևեռաչափի համար:
Ինչպես NEWS.am-ի թղթակցի հետ զրույցի ընթացքում պարզաբանեց աշխատանքի հեղինակներից մեկը`Երևանի պետական համալսարանի կիսահաղորդիչ սարքերի և նանոտեխնոլոգիաների կենտրոնի առաջատար գիտաշխատող Հակոբ Մարգարյանը, սարքը ստեղծվել է նոր`4-րդ սերնդի օպտիկական տարրի հիման վրա: Այս տարրերի պատրաստումը հնարավոր դարձավ միայն վերջին տարիներին հեղուկ-բյուրեղային լուսակողմնորոշվող պոլիմերների սինթեզի շնորհիվ:
Հարցի նախապատմությունը
1888 թ. Ռեյնիտցերը հայտնաբերեց, որ իր կեղմից սինթեզված նյութը տաքացնելիս դառնում է ոչ թէ թափանցիկ, այլ պղտոր, իսկ այդ բյուրեղների կարծրությունը այնպիսին է, որ թույլ է տալիս դրանք կոչել հեղուկ: Այսպես էլ ծնվեց «հեղուկ բյուրեղներ» անունով նյութը, որը կոչված էր հեղափոխել ХХ դարի տեխնիկան:
1924 թ. Ֆրեդերիքսը հետազոտեց հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլների կողմնորոշման պրոցեսը արտաքին դաշտերում: Եվ միայն 40 տարի անց պատրաստվեց առաջին հեղուկբյուրեղային դիսփլեյը թվային ժամացույցի տեսքով: Չնայած այն բանին, որ այս նյութերը հեղուկներ են, նրանց հատուկ են բյուրեղային շատ հատկություններ: Հեղուկ բյուրեղները միջանկյալ տեղ են զբաղեցնում սովորական բյուրեղների և հեղուկների միջև:
Պոլիմերը դա նյութ է, որում ոչ մեծ մոլեկուլները ինչ-որ եղանակով ձևավորում են երկար, առաձգական շղթա: Պոլիմերները ուշագրավ են իրենց լայն տարածվածությամբ` նրանք առկա են բառացիորեն ամենուր: Մարդու մարմինը հիմնականում բաղկացած է պոլիմերներից (ԴՆԹ, ՌՆԹ, բջջանյութ, պոլիսախարիդներ):
Հեղուկբյուրեղային պոլիմերները նյութեր են, որոնք համատեղում են հեղուկ բյուրեղների երկբեկման և պոլիմերների մեխանիկական հատկությունները:
Մինչև վերջերս հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլների կողմնորոշումն (orientation) իրականացվում էր մի քանի մեթոդներով, որոնցից ամենատարածվածը, թերևս, դա հարթակի մակերևույթի մեխանիկական մշակումն էր: Ակնհայտ է, որ սա կոնտակտային մեթոդ է, որին հատուկ են մի շարք թերություններ, ինչպիսիք են աղտոտվածության բարձր հավանականությունը, էլեկտրոստատիկ լիցքերի կուտակումը և այլն: Լուսակողմնորոշվող պոլիմերների ստեղծումը թույլ տվեց հեղուկ բյուրեղի մոլեկուների կողմնորոշումն իրականացնել ոչ կոնտակտային ձևով` լույսի օգնությամբ:
«Հարկ է նշել նաև - ասաց Հ. Մարգարյանը, որ անցած դարի 50-ական թվականներին հայտնի հնդիկ ֆիզիկոս Պանչարատնամը, իսկ հետո նաև անգլիացի գիտնական Բերրին, հրապարակեցին մի տեսական աշխատանք օպտիկայից, սակայն նրանց յուրահատուկ մտահղացումները հնարավոր դարձավ իրագործել միայն այն բանից հետո, երբ սինթեզվեցին հեղուկբյուրեղային լուսակողմնորոշվող պոլիմերները: Հեղուկ բյուրեղների մոլեկուլների սահուն և անընդհատ ղեկավարման հնարաորությունը թույլ է տալիս ստեղծել գործնականորեն ցանկացած օպտիկական տարր, բայց արդեն նոր սերնդի, դրանով իսկ իրականացնելով Պանչարատնամ-Բերրի տեսական կանխորոշումները:» Ավելին, հեղուկբյուրեղային պոլիմերների օգտագործումը հնարավոր է դարձնում ժամանակակից օպտիկայում իրենց նմանակը չունեցող տարրերի ստացումը: Սկսվեցին այդ նյութերի և բաղադրիչների բուռն հետազոտությունները հատկապես դրանց գործնական կիրառության տեսանկյունից: Ավանդական օպտիկական տարրերի համեմատ նրանք ունեն մի շարք առավելություններ` զգալի փոքր չափեր (հաստությունը 10000 անգամ փոքր է քան ավանդական օպտիկական տարրերինը), լայնաշերտ են (գործում են լույսի ուլտրամանուշակագույն, տեսանելի և ինֆրակարմիր տիրույթներում), բազմաֆունկցիոնալություն, հնարավոր է պատրաստել մեծ չափերի ճկուն հարթակների վրա, տեխնոլոգիաների պարզություն և ցածր գներ:
Հատկապես այդպիսի տարրի` հեղուկբյուրեղային բևեռային դիֆրակցիոն ցանցի (ՀԲ ԲԴՑ) հիման վրա է ստեղծվել սարքը, որի համար խումբը արժանացել է նման բարձր մրցանակի: ՀԲ ԲԴՑ-ի ելքում ստացվում են օպտիկական փնջեր միայն +1 և -1 դիֆրակցիոն կարգերում, այսինքն այդպիսի ցանցը գործնականում դրսևորում է 100% դիֆրակցիոն արդյունավետություն: Ի դեպ մի կարգում լուսային փունջը ունի աջ շրջանային բևեռացում, իսկ մյուսում` ձախ: Սա սկզբունքորեն նոր օպտիկական տարր է», - ասում է Հակոբ Մարգարյանը: Ստեղծված սարքը նախատեսված է կենսաբանական նմուշների շրջանային դիքրոիզմի չափման համար:
Ինչու՞ է շրջանային դիքրոիզմի չափումը այդքան կարևոր
Շրջանային դիքրոիզմը դա օպտիկական անհամասեռության էֆեկտ է, որն ի հայտ է գալիս աջ և ձախ շրջանային բևեռացված լույսի կլանման գործակիցների տարբերության հաշվին: Հայտնի է, որ մարդու օրգանիզմը տարբեր ձևով է արձագանքում արտաքինից ներմուծված աջ և ձախ պտույտով մոլեկուլներին: Բժիշկները և կենսաբանները գիտեն դրա մասին: Մասնավորապես խոսքը գնում է դեղորայքի, որպես բարդ մոլեկուլային միացությունների մասին: Բացարձակ նույն քիմիական բաղադրությամբ դեղորայքը կարող է տարբեր ձևով ազդել մարդու օրգանիղմի վրա հատկապես այն պատճառով, որ նրանում կարող են տարբեր լինիլ աջ և ձախ պտույտով մոլեկուլների քանակությունները:
Ակնհայտ է, որ անհրաժեշտ է շրջանային դիքրոիզմի հսկումն իրականացնել դեղորայքի արտադրության ինչպես միջանկյալ, այնպես էլ վերջնական փուլերում: Սակայն շուկայում այսօր առկա սպեկտրաբևեռաչափերը իրենց բարձր գնի, օգտագործման բարդության, ինչպես նաև մեծ չափսերի պատճառով հասանիլի են միայն խոշոր հետազոտական կենտրոններին: Կենսաբանական և բժշկական դեղամիջոցների զանգվածային արտադրությաններում այդ սարքերն օգտագործվում են խիստ սահմանափակ: Հայ գիտնականների կողմից ստեղծված սարքը կարող է լուծել այս խնդիրը:
Ինչով՞ է ստեղծված բևեռաչափը տարբերվում այսօր շուկայում առկաներից
«Մեր լաբորատորիայում նախագծված և պատրաստված շրջանային դիքրոիզմ չափող սարքն ամփոփ է, արագագործ և պարզ օգտագործման համար: Սարքի կիրառությունը հնարավորություն կընձեռի դեղորայքի արտադրության մեջ միջանկյալ վերահսկողություն իրականացնել ողջ տեխնոլոգիական փուլի ընթացքում:» - նշեց Հակոբ Մարգարյանը:
Ավանդական սպեկտրաբևեռաչափերը աշխատանքային ռեժիմի հաստատման համար պահանջում են առնվազն 30 րոպե, էներգատար են, ունեն մեծ չափսեր և չկա հնարավորություն չափումներն կատարել ժամանակի իրական պահին: ՀՀ նախագահի մրցանակակին արժանացած սարքն ամփոփ է, սնուցումն ապահովվում է սովորական մարտկոցից, աշխատանքային ռեժիմը հաստատվում է անմիջապես սնուցումը միացնելուց հետո, իսկ չափումները կատարվում են ժամանակի իրական պահին: Բացի այդ, ավանդական սպեկտրաբևեռաչափերում որպես լույսի աղբյուր օգտագործում են քսենոնային հզոր լամպեր, իսկ նախագծված սարքում այդպիսին հանդիսանում է լուսաառաքիչ դիոդը (LED):
Հեռանկարները
Ներկայումս խումբը զբաղվում է նոր սերնդի օպտիկական տարրերի ուսումնասիրությամբ և դրանց կիրառության հնարավոր ուղիների որոնումով: Այդ տարրերի կիրառության ոլորտը հսկայական է: Օրինակ, դրանց հիման վրա կարելի է ստեղծել բոլորովին նոր տեսակի էլիպսոմետրեր, ինչպես նաև արյան մեջ գլյուկոզայի քանակության ոչ-ինվազիվ (առանց արյուն վերցնելու) որոշման սարք: «Արյունը բազմաբաղադրիչ հեղուկ է և հաշվարկել գլյուկոզայի քանակությունը արյան սովորոկան կլանման սպեկտրից մաթեմատիկորեն շատ դժվար է: Սակայն, գլյուկոզան արյուն միակ բաղադրիչն է, որն ունի դիքրոիզմ և օգտագործելով նոր սերնդի օպտիկական տարրերը իրատեսական է ստեղծել սարք արյան մեջ գլյուկոզի քանակության ոչ-ինվազիվ որոշման համար: Այդ գաղափարը մեր կողմից արդեն արտոնագրվել է», - ավելացրեց Հ. Մարգարյանը: Այս տարրերն օգտագործվում են նաև գենետիկական ճարտարագիտությունում կիրառվող օպտիկական ունելիների ստեղծման, ատոմների սառեցման համար (մինչև մի քանի նանոկելվին), ինչպես նաև քվանտային հեռահաղորդակցության ոլորտում:
Մի հետաքրքիր մանրամասն ևս: Մեր փորձերի համար հեղուկ-բյուրեղային պոլիմերներ և լուսակողմնորոշվող նյութեր խումբը ձեռք էր բերում շվեյցարական “Rolic” ընկերությանից: Սակայն վերջերս, դիսփլեյներ արտադրող աշխարհի առաջատարներից մեկը գնեց այդ ընկերությանը, և այժմ այդպիսի նյութերի ձեռք բերումը գործնականում դարձել է անհնար: «Բարեբախտաբար ամերիկյան “BEAM Co.” ընկերության նախագահ, մեր հայրենակից Նելսոն Թաբիրյանը, ով հանդիսանում է մեր բազմամյա գործընկերը, կարողացավ իր մոտ կազմակերպել այդ պոլիմերների սինթեզը: Այսօր “BEAM Co.”-ն այդ նյութերի միակ առևտրային արտադրողն է և աշխատանքի ընթացքում դրանք մեզ պարբերաբար տրամադրում է պահանջվող քանակներով: Մեր բախտը բերեց, շնորհիվ մեր գործընկերոջ մեզ հաջողվեց շարունակել աշխատել այդ նոր նյութերի հետ, և մենք այսօր գտնվում ենք ժամանակակից գիտության առաջատար մատույցներում»,- ասում է խմբի ղեկավարը:
