— Я учился на физфаке КГУ в советское время, с 1986 по 1991 год, окончил университет за пару месяцев до путча и за полгода до развала СССР, — рассказывает о себе завлаб.

Докторскую диссертацию учёный защитил в 2017 году по теме, связанной с твёрдофазными реакциями в наноматериалах. Занимаются ею в России и в мире единицы, потому что для таких исследований нужны специальные условия и дорогостоящее оборудование. К примеру, высоковакуумные установки для получения образцов, электронная микроскопия для исследования структурных фазовых преобразований. Казалось бы, держатель для нагрева — чего проще? А он в микроскопии особенный, таких, по словам Жаркова, хорошо если с десяток в стране наберётся.

Цокольный этаж — наиболее подходящее место для лаборатории, потому что важно отсутствие вибрации и особый микроклимат — автономные вентиляция, электричество, вода.

Сергей Михайлович хорошо помнит, как лаборатория создавалась. Интеграция науки и образования для КНЦ СО РАН и СФУ — не пустой звук. Учёные Красноярского научного центра на протяжении многих лет читают лекции в университете. Когда был образован СФУ, председатель президиума КНЦ академик В.Ф. ШАБАНОВ и ректор вуза академик Е.А. ВАГАНОВ договорились о том, что Центр коллективного пользования СФУ закупит электронно-микроскопическое оборудование. Были подписаны документы об оказании взаимных услуг.

— До 90-х годов в этом подвале располагалась производственная лаборатория Красноярского радиозавода, — рассказывает завлаб. — В 2007 году руководство СФУ доверило мне перепланировку цоколя под лабораторию электронной микроскопии. Параметры каждого кабинета я рассчитывал под конкретное оборудование. Оказалось, что не хватает нужной высоты. Пришлось её добирать, опуская пол на 50 см на площади почти 300 квадратных метров. На момент открытия лаборатории даже в КНЦ подобного оборудования не было, оно там появилось позже.

— Осторожно, — на всякий случай предупреждает учёный, открывая дверь в один из кабинетов лаборатории, — у нас тут дорогие игрушки, и неловким движением руки можно нанести ущерб на сотни тысяч долларов. А дальше первая проблема — финансы, вторая — запчасти, их сложно раздобыть даже при наличии денег.

Или хотите лететь на вертолёте, которым управляет неопытный пилот? Вот и оборудование требует годы опыта, чтобы на нём работать и не сломать; и десятилетия опыта, чтобы потом трактовать то, что в результате получится. Но если у людей есть научная задача и они в состоянии её сформулировать, то наши специалисты готовы помочь. Любое исследование индивидуально. На одно тратишь день, на другое месяц, два, а то и год. Задача может решиться или не решиться.

Заходим в кабинет, который сотрудники условно называют «оптика». Видимо, из-за того, что здесь находится аппарат, внешне напоминающий рабочий прибор окулистов — офтальмоскоп. На самом деле это настольный сканирующий электронный микроскоп. Им часто пользуются студенты. Есть и больший, стационарный. Его преимущество — вместительная камера, куда, как пошутил Жарков, даже кирпич войдёт.

— Обычно у нас объекты очень маленькие, поэтому исследованию предшествует сложная многоступенчатая пробоподготовка, — раскрывает секреты кухни Сергей Михайлович. — К нам приходят с разными образцами физики, химики, материаловеды, геологи, биофизики. Чтобы проводить исследования образцов на сканирующем микроскопе, необходимо прежде подготовить поверхность образца; для этого образец надо вначале запрессовать, потом отполировать. Это особая технология, требующая навыков. Скажем, медь одним способом готовят, а под сталь и чугун другие режимы подбирают.

В комнате пробоподготовки — с десяток приборов: прецизионная алмазная пила, установки для размельчения образцов, вакуумного напыления проводящих покрытий и др. Подготовка образца для просвечивающей электронной микроскопии может занять целую неделю, а то и больше.

В следующем кабинете — более сложное оборудование: электронный сканирующий микроскоп, оборудованный аналитическими приставками для исследования локального элементного состава образца. Пучок электронов сканирует поверхность образца, а потом компьютер обрабатывает сигнал и формирует изображение поверхности. Если не знать, что это микроскоп, то можно принять его за рентгеновский аппарат.

Просвечивающий и сканирующий микроскопы, изготовленные в Японии и оборудованные аналитическими приставками, были запущены в марте 2008 года и с тех пор никогда не выключались. По-другому нельзя. Редко, в случае перебоев с электричеством, приходится их перезагружать и выключать пучок. Но каждый раз для микроскопов это стресс.

— Оборудование работает 24 часа в сутки, 365 дней в году на протяжении уже пятнадцати лет.

Бывало и ночью приходил в лабораторию, благо живу в Академгородке. Хотя мы и доработали этот микроскоп, увеличили срок действия резервного питания с 3 до 6 часов, но это не спасает. Случалось, в полночь свет выключали и только в 9 утра включали. В отключенном состоянии оборудование не должно находиться. В пушке сканирующего микроскопа — сверхвысокий вакуум, поэтому необходимо бесперебойное электроснабжение. Кондиционеры тоже включены всегда, они поддерживают постоянную температуру.

Из всех задач, которые решает лаборатория, на первом месте — фундаментальная наука. Уже 15 лет здесь исследуют твёрдофазные реакции между нанослоями. Два молодых сотрудника — Роман Русланович АЛТУНИН и Евгений Тимофеевич МОИСЕЕНКО защитили кандидатские диссертации, сейчас работают на просвечивающем электронном микроскопе. С гордостью Сергей Михайлович показывает мне этот уникальный для Красноярска прибор с ускоряющим напряжением 200 киловольт и разрешением до 1.4 ангстрема, что позволяет исследовать образцы на атомном уровне.

— Если знать путь, по которому идёт твёрдофазная реакция, то можно контролировать процесс и получать конкретное соединение с ожидаемыми физическими свойствами, либо предотвращать нежелательные последствия, — поясняет Жарков. — Простой пример. У вас есть микросхема. На кремний нанесены дорожки из меди. При нагревании до температуры немногим выше 100°С начинается твёрдофазная реакция между медью и кремнием, и микросхема выйдет из строя безвозвратно. Процесс необратим.

Второй год учёные лаборатории ведут исследования в рамках гранта РНФ «Фундаментальные основы создания перспективных функциональных наноматериалов» (2022–2024).

Перед коллективом стоит задача — получить магнитные наночастицы, у которых ядро имеет один химический состав, а оболочка другой. Такие наночастицы востребованы во многих областях, в том числе в медицине. Например, для создания препаратов с адресной доставкой лекарств или для проведения магнитной гипертермии (локальный нагрев до температуры 41-45°С) при лечении онкологических заболеваний.

В лабораторию СФУ часто обращаются представители сторонних организаций.

— Растровой электронной микроскопией в нашей лаборатории постоянно занимаются кандидаты технических наук, доценты Политехнического института СФУ Галина Михайловна ЗЕЕР, Елена Николаевна ФЁДОРОВА и Елена Геннадьевна ЗЕЛЕНКОВА. Эти исследования необходимы как для фундаментальной, так и для прикладной науки, и у нас были хоздоговоры с Железногорском, с красноярскими заводами. Что касается просвечивающей электронной микроскопии, то она в основном востребована в фундаментальных исследованиях, но к нам обращались и коллеги из РУСАЛа, когда им для выполнения федерального заказа потребовались исследования структуры на атомном уровне.

— Отец работал инженером на железной дороге, и физика была для него всем, — вспоминает Сергей Михайлович. — Он отвечал за безопасность движения поездного состава. Когда поезд идёт, то букса, где закреплена колёсная пара, не должна перегреваться. В зоне ответственности отца были станции автоматического наблюдения за температурой букс. Если что-то пошло не так с поездом, станция тут же об этом сообщала и запускала механизм, помогающий избежать крушения поезда.

Благодаря отцу я полюбил физику. В школьные годы интересовался радиолюбительством, сам мог починить усилитель, сделать цветомузыку. Этот опыт пригодился, когда в конце второго курса пришёл в Институт физики КНЦ и начал работать на просвечивающем электронном микроскопе, сделанном в СССР. Он частенько ломался, и мне приходилось самому его ремонтировать, разбираться в схемах, что-то паять.

Поступить на физфак и учиться мне было не трудно. А в увлечении наукой свою роль, наверное, сыграло общение с Людмилой Иосифовной КВЕГЛИС, моим научным руководителем. Сейчас ей уже 78 лет, она доктор физико-математических наук и профессор, преподаёт в СФУ, очень активна, у неё масса идей! Поработав в Институте физики, я уже не представлял себя в какой-то другой сфере. Поддерживали и старшие коллеги — Георгий Иванович ФРОЛОВ (мой первый завлаб), Виктор Григорьевич МЯГКОВ (его уже нет с нами).

Многое дала поездка в Германию. С 2001 по 2002 год я работал в Институте физики микроструктуры сообщества Макса Планка (г. Галле). Именно там впервые увидел современное, высокого уровня научное оборудование для получения и исследования магнитных и полупроводниковых наноматериалов. В институте был хорошо организован доступ к научной информации — электронные подписки на все основные журналы, доступ к электронным базам данных, возможность заказать научные статьи из других библиотек Германии и получить их в течение 1-2 дней, в то время как в России на это могло уйти несколько месяцев. И ещё один плюс — свободный доступ в институт в любое время суток. Приходи хоть в 3 часа ночи и спокойно работай.

Тогда я и представить себе не мог, что совсем скоро в Красноярске появится такое же современное электронно-микроскопическое оборудование, вначале в СФУ, а потом и в КНЦ.

В 2009 году у Политеха СФУ завязался хороший контакт с Политехом Тулузы. Французская делегация, прежде чем отправить в Красноярск своих студентов, приехала в университет с инспекцией. Гости приходили и в лабораторию электронной микроскопии. Внимательно осмотрели оборудование, остались довольны. Правда, сказали, что желательно через пять лет начать всё обновлять, чтобы оставаться на переднем фронте науки.

— К сожалению, шансов на обновление основного оборудования у нас немного, учитывая его слишком высокую стоимость, — говорит учёный. — Но оно и по сей день работает и ещё сможет прослужить лет 10-15 при хорошем уходе. Конечно, мы стараемся приобретать кое-что за счёт грантов. Почти все деньги с предыдущего проекта РНФ (2018-2020 гг.) потрачены на приобретение современной высоковакуумной установки магнетронного распыления, позволяющей получать тонкоплёночные материалы, которые мы используем для исследования процессов твердофазных реакций. В прошлом году купили муфельную вакуумную печь. В настоящее время приобретаем спектрофотометр стоимостью около 800 тысяч рублей. С его помощью можно исследовать спектры пропускания тонких металлических плёнок и взвеси наночастиц в жидкости.

Вот уже несколько лет заведующий лабораторией не был в полноценном отпуске. Голова занята научными задачами.

— Не могу переключаться на отдых, — признаётся Жарков. — Единственный релакс — чтение. Одно из самых любимых произведений — «Левая рука Тьмы» Урсулы Ле Гуин. Нравится перечитывать Стругацких, Ремарка, Оруэлла, Замятина, Моэма.

На прощание Сергей Михайлович показал исторический снимок из своего архива: первое электронно-микроскопическое изображение с атомным разрешением, полученное в Красноярске в 2009 году. Именно с этого момента наши учёные смогли получать информацию о структуре наноматериалов и изучать их на современном мировом уровне.