Темные, блестящие, как черный агат, и прочные, как алмаз. Монокристаллы, аналогов которым не существует в природе, томская компания «Лаборатория оптических кристаллов» начала производить в коммерческих масштабах. Сфера их применения самая обширная – от медицины до поиска и спасения людей в чрезвычайных ситуациях. Томск – единственный город в России и второй в мире после Нью-Джерси (Америка), где производят такие материалы. Технология выращивания кристаллов и даже оборудование, задействованное в этом процессе, – все это продукт более чем 30-летних научных изысканий томских ученых.
Стратегический продукт
Кристаллы ZGP (соединение цинка, германия и фосфора) используются для получения лазерного излучения редких спектральных диапазонов: среднего инфракрасного и субмиллиметрового (терагерцевого). Раньше создание лазеров с такими параметрами считалось невозможным. Однако томские ученые доказали, что это реально. Они создали материал, при прохождении через который лазерный луч меняет свою частоту, сохраняя все необходимые свойства.
– Появление лучей этих диапазонов дает возможность создавать удивительные приборы, например медицинские, которые позволяют определять наличие некоторых заболеваний по газовому составу выдыхаемого воздуха. Или, к примеру, приборы для сканирования нефте- или газопроводов, моментально обнаруживающие утечки, – поясняет Дмитрий Сафьянов, директор ООО «ЛОК». – Сфера применения наших кристаллов может быть самой обширной, это технологии ближайшего будущего.
Пока же кристаллы приобретают для научных исследований. Основные покупатели – Литва, Германия, Япония и Китай.
– Однако мы способны совершить прорыв в этом направлении и, достигнув стабильного оптического качества, начать разработку собственных приборов на базе наших чудо-кристаллов, – добавляет Дмитрий Владиславович. – Чтобы выполнить эти задачи, нам необходима хорошая измерительная аппаратура: нужно создать измерительную базу для проверки качества конечного продукта, а также проведения собственных исследований по созданию новых, уникальных приборов. А это стоит денег. Конечно, мы не стоим на месте. Шаг от опытного производства к промышленному мы уже сделали – запустили цех, отладили технологию производства, объемы продаж начали понемногу нарастать.
Кварцевая матрешка
Производство компании «ЛОК» занимает четырехэтажное здание. Каждый этаж – определенный этап на пути создания монокристаллов.
– Здесь проходит подготовка материалов, – заводя нас на третий этаж, рассказывает Сафьянов. – Прежде чем приступить к получению соединения цинка, германия и фосфора, материалы проходят несколько этапов предварительной обработки. Сначала их промывают в деионизированной воде, протравливают кислотами, а потом помещают в прозрачные кварцевые ампулы – одна в одну, по типу матрешки. Затем из ампул откачивают воздух, создавая вакуум, нужные химические процессы протекают только в условиях полного отсутствия воздуха.
– Протравливаются не только материалы, но и сами кварцевые ампулы, – вступая в разговор, дополняет рассказ директора химик-технолог Алексей Бобылев. – На наш завод они поступают в виде исходного материала – кварца, который потом, после работы мастеров-кварцедувов, приобретает нужную форму. Затем заготовки помещаются в печь – это следующий этап технологии изготовления кристаллов.
Чудо-печка
Печной зал находится этажом ниже. Стоящие строго в ряд небольшого размера машины, до блеска начищенные полы и стены – ощущение полной стерильности появляется сразу, как только сюда попадаешь. Эти агрегаты – печи – сердце завода. Именно в них происходят главные процессы: при температуре свыше 1 000 °C материалы синтезируются в готовое соединение, которое затем очищается от ненужных примесей и кристаллизуется.
– Процесс синтеза еще можно назвать регулируемым горением металлов цинка и германия в газообразном фосфоре. Если его не регламентировать, то он становится взрывоопасным. Мы разработали уникальную технологию, позволяющую свести эту опасность к нулю, – рассказывает Виктор Гинсар, сегодня – главный технолог завода, один из учредителей компании, в прошлом – человек, стоящий у истоков этой технологии.
Все дело в уникальных печах, их, кстати, тоже разработали и производят на этом заводе. Каждая машина состоит из нескольких секций, внутрь каждой из которых помещен нагревательный элемент, что позволяет равномерно распределять тепловую энергию. Более того, весь процесс управления печами происходит в отдельной комнате, аппаратной, с помощью мощных компьютеров. Это обеспечивает максимальную безопасность и практически исключает человеческий фактор из производства.
По оценкам западных специалистов, емкость мирового рынка оптических приборов, в основе которых будут находиться такие монокристаллы, в ближайшие годы может достигнуть 50 млрд долларов. Если томская разработка получит финансовую поддержку и достигнет необходимого объема производства стабильного по качеству продукта, возможно, наш город будет главным мировым поставщиком уникальных кристаллов и приборов на их основе.
