Сергей В. Калинин - Sergei V. Kalinin

Сергей В. Калинин
Сергей В. Калинин
Родившийся	Москва, Россия
Награды	Премия Блаватника (2018); медаль RMS за сканирующую зондовую микроскопию (2015); Президентская премия за раннюю карьеру для ученых и инженеров (PECASE) (2009 г.); Премия молодому исследователю IEEE-UFFC Ferroelectrics (2010 г.); Медаль Бертона Общества микроскопии Америки (2010 г.); Премия ISIF «Молодой исследователь» (2009 г.); Мемориальная награда Питера Марка Американского вакуумного общества (2008 г.); 3 награды R&D100 (2008, 2010 и 2016); Премия Росс Гроба (2003); Премия Роберта Л. Кобла Американского керамического общества (2009 г.)
	Научная карьера
Поля	Большие данные, машинное обучение, атомное производство, искусственный интеллект, сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия, силовая микроскопия пьезоотклика, наномасштабная электромеханика
Учреждения	Национальная лаборатория Ок-Ридж, Университет Теннесси - Ноксвилл

Сергей В. Калинин корпоративный сотрудник в Центр науки о нанофазных материалах (CNMS) в Национальной лаборатории Ок-Ридж. Он также является доцентом кафедры материаловедения и инженерии в Университет Теннесси-Ноксвилл.

Образование

Калинин окончил школу М.С. от Департамента материаловедения, Московский Государственный Университет, Россия в 1998 году. Получил степень доктора философии. от Пенсильванский университет в 2002.

Карьера

Он был научным сотрудником ORNL с октября 2004 г. (старший с 2007 г., заслуженный с 2013 г.). Ранее он был руководителем темы электронных и ионных функций в CNMS, ORNL (2007– 2015).

Он был стипендиатом Eugene P. Wigner Fellowship (2002 - 2004).

В декабре 2010 года он стал совместным преподавателем Центра междисциплинарных исследований и последипломного образования Университета Теннесси в Ноксвилле. В январе 2013 года он также стал адъюнкт-профессором Университета Сунг Кюн Кван.

Исследования: большие данные в физике и создание атома из атома

Исследования Калинина сосредоточены на применении методов машинного обучения и искусственного интеллекта для анализа данных визуализации в нанометровом масштабе и с атомарным разрешением, при этом центральной концепцией является извлечение физики атомных, молекулярных и мезомасштабных взаимодействий из данных изображений и обеспечение реальных возможностей. обратная связь по времени для контролируемой модификации материи, формирования паттернов и изготовления атом за атомом.

Это исследование возникло на стыке трех концепций. Во-первых, развитие современных электронных и сканирующих зондовых микроскопов открыло потоки высокоточной информации о структуре и функциональных возможностях твердых тел, которая редко сохраняется или анализируется. В IFIM Калинин руководил разработкой операционных систем, включая

(а) сбор полной информации из таких инструментов визуализации, как SPM (награда RD100 в 2016 г.) и STEM,

(b) внедрение инструментов краудсорсингового анализа и извлечения физики на основе высокопроизводительных вычислений, а также

(c) реализация общих пространств знаний (как, например, для рассеяния, геномики или масс-спектрометрии).

Во-вторых, сложная атомная и мезомасштабная динамика обычно подкрепляется относительно простыми низкоразмерными механизмами, будь то определяющие соотношения для мезомасштабных систем или силовые поля в атомистических системах. Следовательно, извлечение этих простых физических параметров из данных изображений может произвести революцию в современной науке. Он работал над комбинацией инструментов анализа на основе физики и данных для анализа структурных и гиперспектральных функциональных изображений, включая разработку линейных и нелинейных методов несмешивания, которые удовлетворяют априорным физическим ограничениям (и, следовательно, приводят к физически значимым ответам. ), инверсия данных динамического изображения и методы байесовской инверсии для спектральных данных. В последнее время его группа начинает изучать применение сетей глубокого обучения в сочетании с физическими ограничениями, налагаемыми через обучающие наборы или через сетевую архитектуру. Основная философия этого исследования заключается в использовании известных физических ограничений и моделей для установления причинно-следственных связей между свойствами и функциональными возможностями материалов и их дальнейшего развития в направлении обработки, выходя за рамки чисто корреляционной парадигмы подходов к большим данным.

Наконец, как электронный, так и сканирующий зондовые микроскопы могут влиять на материалы, наиболее ярким примером этих эффектов является повреждение твердых тел электронным пучком. Калинин и его коллеги также полагают, что на данный момент электронная микроскопия позиционируется как переход от чисто визуализирующего инструмента, позволяющего физику, к новой парадигме управления атомной материей и квантовых вычислений, реализуемых с помощью недавно продемонстрированного изготовления атома за атомом с помощью электронных лучей.

Исследования IFIM описаны по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=0hwZTUvFzko

Калинин предложил концепцию Atomic Forge, использование субатомно сфокусированного луча сканирующей просвечивающей электронной микроскопии для атомных манипуляций и сборки атом за атомом. https://www.youtube.com/watch?v=mZMhRPAJRsw

Исследования: наноэлектромеханика и силовая микроскопия пьезоотклика

До этого Калинин развивал область наномасштабной электромеханики, исследуя связь между электрическими и механическими явлениями на наномасштабе. Эта связь чрезвычайно распространена в природе: пьезоэлектричество, электрострикция являются примерами простых электромеханических действий, а слух и подвижность - примерами сложных. Фактически, современная физика, возможно, началась с экспериментов Луиджи Гальвани, который обнаружил механическую реакцию лягушачьей лапы на электрическое смещение. Однако электромеханические связи чрезвычайно слабы даже в наномасштабе (например, типичные пьезоэлектрические характеристики неорганических материалов составляют 2-50 пм / В). Более того, часто интерес представляют электромеханические реакции на уровне отдельных сегнетоэлектрических доменов в керамике, коллагеновых фибрилл в костях и т. Д. Изобретение Колосовым и Груверманом силовой микроскопии пьезоотклика предоставило первый инструмент для исследования электромеханических явлений на наноуровне. Вклад Калинина в PFM включает первую визуализацию PFM в жидкости и вакууме, первую PFM-визуализацию биологических тканей (по сути повторяющую эксперимент Гальвани в наномасштабе), первую демонстрацию и исследование контролируемых одномерных топологических дефектов и первое наблюдение сегнетоэлектричества в наномасштабе. в молекулярных системах. Он также был пионером в разработке спектральных режимов визуализации, которые позволили ему визуализировать переключение поляризации на уровне менее 10 нанометров, разрешив парадокс Ландауэра 50-летней давности, и обнаружил происхождение размерного эффекта для нелинейности Рэлея в тонких пленках. Он и его сотрудники разработали фундаментальную теорию формирования контраста в PFM и установили механизмы разрешения и переноса контраста доменных стенок и спектроскопии. В сотрудничестве с группой Long Qing Chen он впервые применил комбинацию PFM и моделирования фазового поля, что позволило проводить детерминированные исследования переключения поляризации в реальном пространстве на одном уровне дефекта. Большая часть этой работы выполнялась одновременно с разработкой инструментальных методов определения характеристик сегнетоэлектриков. Сергей возглавлял команду, которая стала пионером революционного принципа BE1 для силовых сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ). Этот переход от одночастотного к параллельному многочастотному обнаружению позволяет количественно регистрировать взаимодействия зонд-материал. Основываясь на этой концепции, многомерная, мультимодальная спектроскопия, разработанная Сергеем и его командой для исследования систематической ошибки и динамики времени в этих материалах, позволила провести количественные исследования динамики поляризации. и механические эффекты, сопровождающие переключение в сегнетоэлектриках. Эта работа дополнительно продемонстрировала решающую роль электрохимических явлений на поверхности сегнетоэлектриков, что привело к открытию новых форм переключения поляризации. Работа Калинина показала роль ионного экранирования на поверхности сегнетоэлектрика с помощью серии экспериментов, включая демонстрацию сохранения потенциала выше температуры Кюри, инверсии потенциала и образования теней доменных стенок во время динамики стенок. Он также показал возникновение хаоса и перемежаемости при переключении доменов и нарушении симметрии формы доменов. Совсем недавно его группа ввела основанные на химии граничные условия для моделей фазового поля сегнетоэлектриков и разработала основную теорию и формулировку фазового поля для эволюции доменов. Он и его сотрудники показали, что сегнетоэлектрическое состояние принципиально неотделимо от электрохимического состояния поверхности, что привело к возникновению связанных электрохимически-сегнетоэлектрических (ферроионных) состояний, исследовали их термодинамику и эволюцию толщины этого состояния и продемонстрировали экспериментальный путь для установления его присутствие на основе спектроскопической версии силовой микроскопии пьезоотклика.

Доклад о 30-летнем возрасте сканирующей зондовой микроскопии доступен по адресу: https://www.brighttalk.com/webcast/8013/229945/celebrating-30-years-of-afm-and-stm

Награды и отличия

Он получатель:

Президентская премия за раннюю карьеру для ученых и инженеров (PECASE) в 2009 году, лауреат премии Блаватника (2018) и финалист (2016, 17), премия IEEE-UFFC для молодых исследователей в области сегнетоэлектриков в 2010 году, медаль Бертона Общества микроскопии Америки в 2010 году, ISIF Young Премия исследователя в 2009 году, Премия имени Питера Марка в 2008 году Американского вакуумного общества, Премия Росс Коффин в 2003 году и премия Роберта Л. Кобла 2009 года Американского керамического общества, медаль RMS за сканирующую зондовую микроскопию (2015); Президентская премия за раннюю карьеру для ученых и инженеров (PECASE) (2009 г.); Премия молодому исследователю IEEE-UFFC Ferroelectrics (2010 г.); 4 награды R&D100 (2008, 2010, 2016 и 2018)

Он был назван членом Общества исследования материалов (2017 г.), Института форсайта (2017 г.), МРС (2016), АВС (2015),^[1] APS (2015),^[2] и старший член (2015 г.) и научный сотрудник (2017 г.) IEEE.

Он является членом редколлегии журнала Нанотехнологии, Журнал прикладной физики/Письма по прикладной физике, и журнал Nature Partner Вычислительные материалы.

Взносы

Подробное описание принципов и приложений PFM доступно в серии учебных лекций, основанных на материалах, представленных во время серии семинаров PFM (инициированных в 2006 году в Национальной лаборатории Ок-Ридж):

Лекция 1: Введение в СМП и наноэлектромеханикуhttps://www.youtube.com/watch?v=UsyRW2_Kp-Y&t=150s

Лекция 2: Механика контакта и разрешение в PFMhttps://www.youtube.com/watch?v=BDmXUt4OOuY&t=4s

Лекция 3: Динамика в PFMhttps://www.youtube.com/watch?v=XKx1wSs4uXM

Лекция 4: PFM сегнетоэлектрических материаловhttps://www.youtube.com/watch?v=mYeZQ8d3Mjk

Лекция 5: Импульсная спектроскопия ЧИМhttps://www.youtube.com/watch?v=53pqhCLURJg

Лекция 6: Расширенные спектроскопические режимы в PFMhttps://www.youtube.com/watch?v=y2yUhJoIKko

Лекция 7: PFM в жидкостяхhttps://www.youtube.com/watch?v=HZI73NJCmrM

Лекции по сканирующей зондовой микроскопии для электронных и ионных транспортных измерений

Лекция 1: Транспортные измерения с помощью сканирующей зондовой микроскопииhttps://youtube.com/watch?v=PjjjXij7930

Лекция 2: Введение в зондовую силовую микроскопию Кельвина (KPFM)https://youtube.com/watch?v=WB0s9cwIuxM

Лекция 3: Динамическая зондовая силовая микроскопия Кельвинаhttps://youtube.com/watch?v=NgQd-i77Plg

Лекция 4: Зондовая силовая микроскопия Кельвина боковых устройствhttps://youtube.com/watch?v=-7vlVrzGTeA

Лекция 5: Зонд силовая микроскопия Кельвина в жидкостяхhttps://youtube.com/watch?v=yE6eMhSmhPQ

Лекция 6: Измерение тока-напряжения в сканирующей зондовой микроскопииhttps://youtube.com/watch?v=HzXO0vbWy7E

Лекция 7: Динамические измерения IV в SPMhttps://youtube.com/watch?v=vFgL097xTKI

внешняя ссылка

https://www.ornl.gov/news/ornls-institute-functional-imaging-materials

Любимые книги

1. М. Нильсен, Новое открытие.

2. Дж. Гертнер, Фабрика идей: Bell Labs и великая эпоха американских инноваций

3. М. А. Хильзик, Торговцы молнией: Xerox PARC и рассвет компьютерной эры

4. C.C.M. Моди, Инструментальное сообщество: зондовая микроскопия и путь к нанотехнологиям

5. Дж. Д. Мартин, Solid State Insurrections.

6. C.C.M. Моди, Длинная рука закона Мура: микроэлектроника и американская наука

7. T.J. Сейновски, Революция глубокого обучения

8. Дж. Сони и Р. Гудман, Играющий разум: как Клод Шеннон изобрел информационный век

9. T.R. Рид, Чип

10. Д. Кушнер, Мастера судьбы

11. С. Паттерсон, The Quants

12. Майер-Шенбергер В., Большие данные

13. Т. Эй, Четвертая парадигма

14. М. Бельфиоре, Отдел безумных ученых.

15. А. Финкбайнер, Ясоны

16. Ассорти из LitPRG, SciFi и альтернативной истории