Опыт работы Регионального центра зондовой микроскопии

Гуров В.С., Вихров С.П., Вишняков Н. В., Суворов Д. В., Авачев А.П.
Опыт работы Регионального центра зондовой микроскопии
коллективного пользования Рязанского государственного
радиотехнического университета по кооперации ЦКП в системе
удаленного доступа к научному оборудованию для решения
комплексных научных проблем и повышения качества
дистанционного образования
Рязанский государственный радиотехнический университет
Введение
Региональный центр зондовой микроскопии коллективного
пользования
научным
оборудованием
(РЦЗМкп)
Рязанского
государственного радиотехнического университета (РГРТУ) образован в
2003 году в составе научно-исследовательской части на базе ведущих
кафедр факультета электроники по общему решению руководства
университета и Правительства Рязанской области.
Технические возможности центра постоянно совершенствуются за
счет покупки новейшего наукоёмкого оборудования и разработки новых
диагностических методов исследования наноматериалов и наноструктур.
Кадровый состав сотрудников более чем наполовину состоит из
молодых ученых, аспирантов и студентов РГРТУ. В настоящее время
общая численность штатных сотрудников ЦКП составляет 18 человек.
Средний возраст сотрудников РЦЗМкп – около 30 лет.
В настоящее время деятельность Центра коллективного пользования
РГРТУ направлена на решение задач различных уровней. На уровне вуза –
это: расширение и укрепление научной и материальной базы университета
для повышения его научно-технического потенциала; создание условий
для повышения мотивации заинтересованных студентов, молодых ученых
к научно-исследовательской работе, получения ими навыков практической
инженерно-исследовательской работы; участие в российских и
международных инновационных и инвестиционных проектах по профилю
деятельности Центра. На региональном и федеральном уровнях – это:
разработка новых аналитических методов нанодиагностики, зондовых,
электронно- и ионно-лучевых нанотехнологий на базе имеющегося
научного оборудования;
проведение исследований на микро - и
наноуровне для нужд предприятий и научных центров Рязани и Рязанской
области, а также других регионов РФ и зарубежных фирм; научнотехническое обеспечение подготовки высококвалифицированных кадров
для российской радиоэлектроники; развитие новых методов научнообразовательной
деятельности,
связанной
с
инструментальным
обеспечением научного и учебного процессов в вузе, в том числе в режиме
удаленного доступа.
В настоящее время в структуру РЦЗМкп входят четыре научно-
исследовательские
лаборатории:
атомно-силовой
и
туннельной
микроскопии,
электронной
сканирующей
микроскопии,
массспектрометрии
и
электрофизических
измерений,
оснащенные
современным научным оборудованием [1].
1. Обеспечение научно-исследовательской деятельности в
РЦЗМкп
Деятельность РЦЗМкп осуществляется в рамках нескольких
приоритетных направлений, основным из которых является "Индустрия
наносистем" и, связанных с этим направлением, критических технологий
развития науки, технологий и техники Российской Федерации. Это: новые
аналитические и диагностические методы исследования наноматериалов и
наноструктур для отечественной наноэлектроники, в том числе методы
диагностики электрофизических характеристик отдельных квантовых
точек; фундаментальные и прикладные научные исследования
топологических, магнитных и электрических характеристик поверхности
твердых тел с нанометровым разрешением, гетероструктур с квантовыми
ямами, квантовыми точками и квантовыми нитями; неупорядоченных
систем и процессов их формирования с позиций теории самоорганизации;
зондовые нанотехнологии (структурно-фазовая и электромагнитная
модификация поверхности твердых тел с нанометровым разрешением) для
создания
элементов
нанопамяти,
устройств
спинтроники
и
наномеханических систем.
За последние 5 лет (2008 – 2012 гг.) на оборудовании РЦЗМкп были
успешно выполнены 39 НИР общим объемом 148 млн 404 тыс. рублей.
Работы выполнялись в рамках федеральных, ведомственных и
региональных целевых программ. По результатам этих работ
опубликовано около 300 статей в отечественной и зарубежной печати, из
них более 40 публикаций в рецензируемых изданиях, получено около 10
патентов на способы и программное обеспечение, опубликовано 5
монографий. Результаты научно-исследовательских работ сотрудники
РЦЗМкп представляли на российских и международных форумах,
конференциях и выставках. Среди них:
Всемирная выставка
информационных и коммуникационных технологий CeBIT – 2010, 2011,
2012 (г. Ганновер, Германия), III и IV Международные форумы по
нанотехнологиям «RUSNANOTECH – 2010, 2011» (г. Москва),
Всероссийская выставка «Образовательная среда - 2009, 2010»,
Международная выставка «Imagine Nano’2011», Бильбао, Испания и др. [2]
2. Научно-образовательная деятельность РЦЗМкп
В соответствии с Положением о Центре, РЦЗМкп решает задачи
научно-технического обеспечения подготовки высококвалифицированных
специалистов, бакалавров, магистров и аспирантов в области
твердотельной электроники, нанотехнологий и зондовых методов
диагностики нанообъектов. Кроме этого РЦЗМкп совместно с ФТИ им.
А.Ф. Иоффе РАН и ЗАО «НТ-МДТ» участвует в организации и
техническом обеспечении ежегодных Всероссийских школ-семинаров
студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению
«Наноматериалы. Диагностика наноматериалов и наноструктур», которые
в течение пяти последних лет проводит РГРТУ [3].
3. Научно-техническое сотрудничество и оказание услуг
организациям-пользователям
РЦЗМкп
обеспечивает
методическое
и
инструментальное
сопровождение инновационных проектов, выполняемых предприятиями и
организациями Российской Федерации. За 10 лет существования услугами
центра воспользовались около 50-ти организаций-пользователей. Среди
них: ОАО "Рязанский завод металлокерамических приборов"; Раменский
приборостроительный завод; ФИАН, г. Москва; ЗАО «Авиаприбор», г.
Москва, и др.
Проведение работ в РЦЗМкп РГРТУ для сторонних организаций
осуществляется
на
основании
заключенного
соглашения
о
взаимовыгодном сотрудничестве или договора, технического задания к
нему и протокола соглашения о договорной цене [1].
4. Опыт кооперации ЦКП в системе удаленного доступа к
научному оборудованию
В области нанотехнологий в электронике, так же как и в других
областях
техники,
для
подготовки
высококвалифицированных
специалистов и участия их в реализации крупных исследовательских и
прикладных проектов требуется междисциплинарный подход. Такой
подход может быть реализован на основе тесной интеграции
образовательных и ведущих научных и научно-производственных
учреждений. Обеспечить такую интеграцию помогла идея удаленного
доступа к дорогостоящему и уникальному аналитическому и
технологическому оборудованию этих организаций. Пользователь, заходя
на
сайт
распределенной
лаборатории
удаленного
доступа
«www.nanocent.ru», в режиме «on-line» может пройти обучающую
программу, выполнить серию лабораторных работ либо провести научный
эксперимент. Идея была поддержана Минобрнауки РФ в рамках ФЦП
"Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на
2008 – 2011 годы" и реализована сотрудниками РЦЗМкп при участии
ведущих специалистов РГРТУ и РЦКП «Материаловедение и диагностика
в передовых технологиях» ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. Результаты легли в
основу идеи создания российской системы удаленного физического
эксперимента в составе Национальной нанотехнологической сети (ННС)
[4-7]. Эту идею можно легко транслировать на созданную в России сеть
центров коллективного пользования научным оборудованием, что
позволит значительно увеличить загрузку оборудования и эффективность
работы центров.
Дистанционный эксперимент предполагает активное участие
удаленного пользователя в выполнении эксперимента [2]. Для этого
необходимо реализовать следующие базовые элементы удаленного
доступа: доступ пользователя к программному интерфейсу управления
устройством,
многоракурсное
удаленное
видеонаблюдение
за
экспериментом, аудиосвязь между оператором и удаленными
пользователями, сохранение данных выполненного эксперимента на
компьютере удаленного пользователя. Представленные элементы создают
«эффект присутствия» удаленного пользователя в лаборатории, в которой
проводится «удаленный» эксперимент.
Для реализации представленных базовых элементов удаленного
доступа необходима специализированная информационная система,
которая представлена на рис. 1.
Рисунок 1 - Структура информационной системы дистанционного
эксперимента и обмена научно-техническими и инженерными данными [4]
(1 – оборудование расположено в той же организации, что и сервер, поддерживающий
информационную систему, 2 – оборудование находится в другой организации)
Кроме перечисленных базовых функций, система обеспечивает ряд
дополнительных функций: регистрацию удаленных пользователей, прием
запросов на использование оборудования, авторизацию доступа к
информационной системе, хранение данных выполненных экспериментов
в специализированной базе данных, информационную поддержку
удаленных пользователей. Для регламентации последовательности
действий и взаимодействия оператора и пользователя при выполнении
дистанционного эксперимента разработана методология удаленного
эксперимента [5-7].
Заключение
Основной проблемой развития сети центров коллективного
пользования является стабильная финансовая поддержка ЦКП со стороны
государства и бизнеса. Без нее созданная система является неустойчивой.
Очевидно также, что для комплексного решения крупных научных
проблем необходима кооперация (консорциум) научных коллективов ЦКП,
как центров роста. Одной из возможных форм такой кооперации может
стать система дистанционного доступа к инструментальным и
интеллектуальным ресурсам сети ЦКП. Площадкой для организации
системы может служить существующий Интернет-ресурс www.ckp-rf.ru,
либо специально созданный для решения этой задачи.
Для пуска в эксплуатацию такой системы необходимо решение
некоторых технических, организационных и финансовых проблем:
оптимизация временных, программных и материальных затрат на
проведение удаленного эксперимента, использование операционных
систем, защищенных о вирусных и хакерских атак, обеспечение
доступности проведения удаленных экспериментов, разработка программы
финансирования распределенной лаборатории с удаленным доступом.
Библиографический список
1. http://ckp.rsreu.ru
2. В.С. Гуров, С.П. Вихров, Н.В. Вишняков. Десять лет Региональному центру
зондовой микроскопии коллективного пользования РГРТУ // Вестник РГРТУ. Вып. 42
(Часть 2). – Рязань, 2012 – С. 3-11.
3. Труды V Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых
по направлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур». В 3-х томах / под ред.
В.С. Гурова, С.П. Вихрова. Рязань: Изд-во РГРТУ, 2012. С.37-41. ISBN 978-5-77220300-2.
4. В.С. Гуров, С.П. Вихров, Д.В. Суворов, Н.В. Вишняков, А.М. Гостин. Реализация
дистанционного доступа к комплексу исследовательского нанотехнологического
оборудования // Вестник РГРТУ. Вып. 29. – Рязань, 2009 – С. 70-74.
5. С.В. Чернышев, М.В. Потапов, А.А. Семенов, В.Ф. Тетеркин, А.А. Новиков, Ю.М.
Стрючков, А.В. Цуканов. Удаленный доступ к нанотехнологическому оборудованию //
Вестник РГРТУ. Вып. 29. – Рязань, 2009 – С. 116-119.
6. Н.В. Вишняков, А.П. Авачев, С.П. Вихров, В.С. Гуров, Д.В.Суворов. Реализация
системы дистанционного доступа к комплексу нанодиагностического оборудования
центров коллективного пользования. Труды 1-й международной конференции
«Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (18-20
мая 2010 г., Москва).
7. С.П. Вихров, Н.В. Вишняков, А.М. Гостин В.С. Гуров, Д.В. Суворов.
Распределенная нанодиагностическая лаборатория с дистанционным доступом для
исследования аморфных и наноструктурированных полупроводников. Труды 7-й
Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники»
28 июня – 1 июля 2010 г. Санкт-Петербург.