Три истории о молодых ученых, которые делают науку в России
Наше издание пишет о науке, а значит, главные действующие лица наших новостей и материалов — ученые. Но за сообщениями о новых разработках и открытиях редко видны сами люди. Мы решили исправить этот недостаток и выяснить, что означает в сегодняшней России быть не просто ученым, а молодым ученым. Для этого мы обратились с вопросами к сотрудникам НИТУ «МИСиС», в партнерстве с которым подготовлен этот материал.
Всем ученым, с которыми мы беседовали, мы задавали одни и те же вопросы. Когда вы решили, что будете заниматься наукой? Каким было ваше первое открытие? Над чем вы работаете в настоящее время? С кем вы общаетесь в свободное время, чем занимаетесь, есть ли вообще жизнь за стенами научных лабораторий? И, наконец, что бы вы сказали тем, кто еще только думает о своем будущем пути в науке, зачем стремиться стать ученым сегодня? Ответы наших собеседников вы найдете ниже.
Андрей Воронин. Инженер Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС»
То, что наука мне интересна, я решил еще студентом, когда учился на четвертом или на пятом курсе НИТУ «МИСиС», на кафедре материаловедения полупроводников и диэлектриков. Наступил момент, когда мы должны были определиться с темами будущих дипломных работ, и я понял, что мне интересно провести собственное научное исследование, причем сделать это на хорошем уровне.
Найти тему диплома мне помогла производственная практика на НПО «Кристалл» — высокотехнологичном предприятии, расположенном на территории научно-производственной базы нашего университета. Там занимаются термоэлектрическими материалами на основе твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы. Это опытный участок и проектная группа при большом производстве, расположенном в Тульской области.
Мне очень понравилось, что люди там, с одной стороны, в свое удовольствие занимаются наукой, а с другой, все их разработки связаны с потребностями реального рынка, прежде всего зарубежного — японского, европейского, американского. Там меня сразу загрузили прикладными материаловедческими задачами: «Подготовь исходные элементы, сделай навеску, добавь сверхстехиометрического теллура, селена и лигатуру, потом загрузи в установку. А ты отжег? Не отжег? А почему?» — и так далее. В университете нам объясняли теорию, показывали диаграммы, а тут ты пришел с работы, зашел в душ, а у тебя из ушей и из носа — графит, теллур, сурьма и прочее. Это уже позже, когда я писал раздел «Техника безопасности» для диплома, я узнал, что, например, сурьма относится к первому классу опасности.
Там я и написал диплом, и это был один из немногих дипломов, написанных не на кафедре. И тогда же понял, что наука это круто, это интересная живая история.
Кстати, во время работы над дипломом я сделал и первое свое открытие. Я занимался термоэлектрическими материалами и работал с низкотемпературным материалом — теллуридом висмута. Во всем мире из него изготавливают термоэлементы методом порошкового прессования, а мы — методом направленной кристаллизации, благодаря чему у нашего материала особая структура: слоистая, с более высокими характеристиками.
Но есть одна сложность. Термоэлементы надо резать на кубики — либо механически, либо, как это делали мы, методом бесконтактной электроэрозионной резки. При этом в месте разреза создаются высокие значения температуры, и слоистая структура теллурида висмута в точке нагрева деформируется с образованием нарушенного слоя толщиной около 15 микрон. Эта деформация не позволяет соединять термоэлементы с помощью пайки, потому что жидкий припой при соприкосновении с нарушенной слоистой структурой разрушает ее еще больше. Поэтому на срез предварительно наносят никель, который не пропускает припой к материалу.
Никель мы наносили двумя способами. Первый способ — магнитроном: бьешь в мишень, распыляешь, и никель осаждается на срез. А второй — гальванический: один электрод — плюс, другой — минус, наливаем «суп» из солей никеля, подаем напряжение, и никель покрывает полупроводник. И вот я в обычном стакане, купленном в ИКЕА, никелировал теллурид висмута. И вдруг подумал: а что будет, если поменять полярности электродов? Поменял. Никель осаживаться перестал, но почему-то и верхний деформированный слой стал отваливаться и на срезе образовался отполированный, буквально зеркальный слой.
На самом деле, тут не было никакого нового эффекта, но никто прежде не применял такой способ к материалу с нашей структурой, и это было очень интересно и здорово — впервые это увидеть.
Сейчас я продолжаю работать над термоэлектрическими материалами. Конечный продукт наших технологий — термоэлектрический модуль. Если посмотреть его структуру, то это как раз последовательно соединенные кубики-термоэлементы, заключенные между двумя керамическими пластинами, от которых отходят два провода. Если на эти провода подать напряжение, например, в 12 вольт, мы получим разницу температур: одна пластина будет греться, а другая — охлаждаться. Этот эффект используют, например, в автомобильных холодильниках: в них нет ни фреона, ни компрессора, они работают на твердотельном охлаждении. Причем если с горячей стороны тепло эффективно отводить, то на холодной стороне можно получить хороший минус по Цельсию.
Но нас больше интересует обратный эффект: если создать разницу температур на пластинах, то мы получим на проводах разницу потенциалов. Классический пример применения такого эффекта — термокотелок: в нем кипит вода, она хорошо сбрасывает тепло, и пока вы в нем что-то варите, вы можете по USB-кабелю заряжать смартфон в полевых условиях.
В чем преимущество таких устройств? В том, что они не зависят от наличия солнца или ветра или силы течения воды. Им требуется только тепло. И хотя на Земле сегодня эти модули мало где применяются, в космосе они остаются, по сути, единственным источником электроэнергии для всего, что летает дальше орбиты Земли или орбиты Марса.
Например, полностью на термоэлектричестве работает марсоход NASA «Кьюриосити». Если первые американские марсоходы — «Пэтфайндер», «Оппортьюнити» — питались от солнечных батарей, то у «Кьюриосити» сзади установлена емкость с плутонием-238 (кстати, российским), период полураспада которого составляет почти 90 лет — все это время плутоний постоянно выделяет тепло, причем значительное, до нескольких сот градусов Цельсия. Это горячая сторона, а холодная сторона обеспечивается за счет системы трубок, которая эффективно сбрасывает тепло. И благодаря этому постоянно вырабатывается электроэнергия мощностью более 100 ватт.
Другой пример — космический аппарат «Кассини», который около месяца назад упал на поверхность Сатурна. Как он туда долетел, если туда практически не доходят лучи Солнца? А вот благодаря тому, что у него тоже были три так называемых РИТЭГа — радиоизотопных термоэлектрических генератора. Наконец, благодаря термоэлектричеству недавно были получены фотографии Плутона, где уже совсем никакого света нет, полная темнота.
В последнюю пару лет я активно занимаюсь таким типом соединений, как скуттерудиты — это тоже термоэлектрики, название которых идет от названия городка в Норвегии, неподалеку от которого нашли особый минерал из кобальта и сурьмы, с формулой CoSb3. Атомы его кристаллической решетки расположены так, что между ними остается полость. И эту матрицу можно легировать, то есть помещать внутрь кристаллической решетки небольшие по радиусу, но тяжелые атомы, например индий, которым занимаемся мы.
Для чего это надо? В принципе, термоэлектрических материалов существует много, но большинство из них генерирует слишком малую разницу потенциалов. Эффективность таких материалов тем выше, чем выше их электропроводность и чем ниже теплопроводность. Но в этом-то и проблема, потому что большинство материалов, которые нам известны, устроены так: чем лучше они проводят электричество, тем лучше они проводят и тепло. Поэтому все пытаются как-то эту проблему решить.
Самый популярный способ на сегодня — спекать наноразмерные частицы. Но в случае скуттерудитов соотношением тепло- и электроповодности можно управлять по-другому, на уровне структуры. Если в эту полость поместить «филлер» — заполнитель, например атом индия, то он окажется не сильно связан с кристаллической решеткой. Он будет колебаться в ней. Причем лучше, когда он колеблется, как рыбка в аквариуме, а не заполняет все свободное пространство, как популярный мем «жидкий кот».
Если говорить серьезно, по законам физики, то тепло переносят фононы, квазичастицы, которые передают тепловую энергию за счет колебаний кристаллической решетки. И эта энергия может гаситься колебаниями «филлера» за счет своего особого положения в полостях кристаллической решетки.
Мы недавно сделали работу с индием, чтобы ускорить процесс создания таких материалов. Классический способ получения скуттерудитов — твердофазный синтез — занимает около двух недель, а мы применили индукционную плавку с помощью индукционной печки, в которой обычно плавят платину и золото. В результате процесс занял несколько минут, и теплопроводность нашего материала оказалась процентов на двадцать меньше, чем обычно.
Оказалось, что при нашем методе между отдельными кристаллитами появляются дополнительные островки из индия и сурьмы, InSb. Причем InSb — это интерметталид, то есть соединение металлов, которое хорошо проводит электричество. А для теплопроводности оно губительно из-за своего расположения, то есть как раз то, что нам нужно. В целом у нашего материала получаются очень хорошие свойства.
Физикой скуттерудитов сейчас занимается множество ученых, с которыми мы активно общаемся. В этом одно из преимуществ занятия наукой: если ты не общаешься с зарубежными коллегами, то просто не можешь считаться ученым. Например, в области термоэлектричества крупнейшие конференции проходят дважды в год. В этом году мы ездили в Калифорнию. Конечно, мы там не в океане купались (ни разу!), а целыми днями слушали доклады, сами докладывали и общались с коллегами.
Но далеко не все мои поездки непременно связаны с наукой. Я вообще умею дешево путешествовать, в том числе по миру, и использую для этого любые возможности. Если я выезжаю из Москвы менее десяти раз в год, то мне делается как-то не по себе. Да и вообще — собственно наукой, преподаванием, работой со студентами, популяризацией науки моя жизнь совсем не ограничивается.
Если вспоминать мою университетскую группу, то в науке, пожалуй, остался только я. Был еще один однокурсник, но он в итоге уехал работать в Samsung. Еще три человека пошли работать по специальности на производство. А всего в группе было 28 человек. То есть в целом в науке, вообще в профессии остается небольшой процент выпускников.
Впрочем, по моему убеждению, это нормально. Университет ведь учит не знать, а думать. Человек, выучившийся на металловеда, металлурга, нанотехнолога, понимает, как устроен физический мир, имеет системное мышление, поэтому потом ему легче найти себя практически где угодно.
Поэтому я не спешу агитировать студентов непременно становиться учеными. Вместо этого я предлагаю им попробовать разные возможности: походить по лабораториям, поговорить с профессорами, подумать, о чем бы им хотелось писать диплом. Ведь поначалу, только попав к нам, студенты плохо представляют себе, какие возможности перед ними открываются. Нанотехнологиям или особенностям металлургического производства не учат в школе. Им приходится не то чтобы забыть законы физики, но впервые узнать, как эти законы применяются в реальном мире.
Я никогда не говорю студентам, насколько наука важна для нашего государства и так далее, — этим их не проймешь. Я использую другой подход, связанный с проектно-ориентированным образованием. Например, у нас был курс для четверокурсников под названием «Физика наночастиц и наноматериалов», разбитый на два этапа. Первый месяц студенты занимаются так называемыми несерьезными проектами, а остальное время — настоящими научными, после которых их ждет госэкзамен.
Что такое «несерьезный» проект? Мы собрали легко доступное для студентов оборудование на кафедре: спектрометр, вискозиметр, электронный сканирующий микроскоп и так далее. Потом разбили студентов на группы по три-четыре человека и каждой группе назначили свой прибор. И говорим: сегодня вечером вы идете к себе домой, в общежитие, на кухню, и находите там любое вещество, которое будете анализировать с помощью своего прибора. А через месяц вас ждет защита вашего эксперимента.
Так, одна наша группа, которой достался анализатор размера частиц, решила сравнить три вида зубной пасты. Зубная паста — это абразив, ее рабочие элементы — частички, которые механически воздействуют на зубы. И вот они сравнили размер этих частиц в трех пастах. И оказалось, что у двух видов пасты распределение размерности частиц более или менее нормальное, а у третьего — сконцентрировано строго в одной размерности, около 70 микрон. То есть два производителя насыпали в свою пасту все, что было под руками, а третий зачем-то усложнил себе жизнь — замешивает в свою пасту частицы строго определенного размера. Не знаю, в чем тут дело, но я теперь пользуюсь именно его пастой.
Другой пример: одной группе попался ИК-Фурье спектрометр — прибор, который определяет спектральный состав образца. И вот они решили сравнить состав кока-колы обычной и кока-колы лайт. Кстати, им пришлось на опыте узнать, что такое этап пробоподготовки. Они хотели высушить образцы и поставили колбочки со своей колой в сушильный шкаф. Открывают — кока-кола лайт превратилась в черный порошок, как и положено, а просто кока-кола пошла какой-то ватной жижей на весь шкаф. Только потом они додумались, что в ней очень много сахара, вот он карамелизовался и запачкал все вокруг. Целый день они все это потом отмывали, так что в результате освоили много полезных навыков.
В итоге мы узнали состав кока-колы: оказалось, что там нет ничего секретного. Но выяснилось, что в обычной кока-коле порядка семи ложек сахара на стакан, а в кока-коле лайт — такое же количество заменителя сахара. Так что еще неизвестно, что вреднее.
Кто-то измерял вязкость разных сортов майонеза, кто-то сравнивал муку хлебную и муку блинную, у кого-то был определитель твердости, и они решили смоделировать, смогут ли человек, волк и так далее прокусить металлическую ложку. В итоге все они поняли, что такое проект, научились не бояться подходить к оборудованию. А еще мы регулярно заставляли их рассказывать обо всем, что они делают, причем на английском языке. Для многих это был большой стресс — оказалось, что до этого, а они были уже на четвертом курсе, они нигде никогда не выступали.
Это к вопросу о том, что надо делать, чтобы студенты поняли, зачем им идти в науку. Рецепт очень простой: не надо много говорить — запускай их в лабораторию и все само случится. Что бы мы ни говорили, ни рассказывали — это не идет в сравнение с азартом исследователя, который сам начинает что-то изучать. Их реально затягивает. Помню, нам еще тогда один преподаватель высказывал: иду, говорит, по коридору, уже вечер, девять часов, гляжу — студенты сидят. Вы что, говорит нам, мучаете детей? А кто их мучает — они сами свой проект делают, мы их просто не выгоняем.
Даниил Саранин. Инженер Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС»
Я хотел стать инженером еще при поступлении в университет. Дело в том, что я родился в семье инженеров. Мой папа заканчивал МИСиС по кафедре физики металлов, и я тоже решил поступать в НИТУ «МИСиС» на микроэлектронику и твердотельную электронику. Поэтому я знал, что буду инженером, хотя и не понимал тогда, каким — инженером-технологом на производстве или научным сотрудником.
По-настоящему определяться пришлось уже после университета. Когда ты студент, ты учишься и думаешь: еще чуть-чуть, и ты станешь инженером, еще чуть-чуть, и какой-нибудь Siemens или Bosh позовет тебя на работу. Но когда попадаешь в большой мир, то начинаешь понимать, что у тебя нулевой опыт и в индустрии и в науке, что придется заново выстраивать себя — и идешь дальше с тем багажом, который взял с собой из университета.
Мне поступали предложения пойти работать в продажи дорогой полупроводниковой техники. Слава богу, мой научный руководитель отговорил меня, объяснил, что из инженеров в продажи путь есть, а вот обратного пути — из продаж в инженеры — уже нет.
И я после университета пошел работать на предприятие, на ФГУП НПП «Торий», где занимался полупроводниковой СВЧ-керамикой. «Торий» в основном работает на ВПК, выпускает оборудование для загоризонтных РЛС, подводных лодок и тому подобного. Мы готовили решения и наработки для технологических процессов. Конечно, зарплаты у инженеров на предприятиях невысокие. Максимум, на что может рассчитывать ведущий инженер, это 50 тысяч рублей. Чтобы зарабатывать больше, надо или быть великим конструктором, или занимать административную должность, которая не очень сопрягается с инженерной деятельностью.
Но мне был 21 год, я решил, что надо пройти эту школу — производство, и стал работать с конструкторским коллективом. Это были молодые ребята и молодые доктора наук — в районе сорока-тридцати лет. Но я довольно быстро уперся в то, что там в основном была исполнительская работа, которая в моем представлении не является инженерной, созидательной.
Дело в том, что на военном предприятии, в ситуации, когда гособоронзаказ практически удвоился и все предприятие работало как один большой маховик, внедрение новых идей никого не интересовало. Большие начальники говорили мне: «Данила, ты все хорошо придумал, но чтобы осуществить это, нам придется перезапустить всю линию и поменять все оборудование, а мы каждый день должны выпускать продукцию».
Меня же работа инженера привлекала своей креативностью. Для меня деятельность инженера — это деятельность разработчика, создание чего-то нового. Пусть это будет не совершенно новый продукт — достаточно, если ты разрабатываешь его для какого-то нового применения. А если ты просто обладаешь определенными навыками, при помощи которых каждый день делаешь рутинную работу (без которой тоже никуда), то это не очень интересно.
Тут есть парадокс. Можно заниматься чем-то очень интересным, вроде исследования черных дыр, которые, однако, бесполезны в обычной жизни. А можно быть инженером, который знает все железки от и до, но не способен самостоятельно ставить задачи. А в идеале инженерная деятельность — это когда ты имеешь необходимый багаж и для индустрии, и для науки в целом, можешь найти определенный баланс.
Поэтому в определенный момент я понял, что предприятие, на котором я работал, это мир в своем мире, изолированный от того, куда движутся микроэлектроника и фотовольтаика, которыми я хотел заниматься. И я решил, что пока мне нет 30 лет, я должен найти себя в каком-то другом месте, где смогу реализовать свой потенциал.
Некоторый опыт научной работы у меня к тому времени уже был. Еще будучи студентом, я писал диплом и проходил научную практику в Институте энергетических проблем имени Тальрозе под руководством Льва Юрьевича Русина из лаборатории элементарных процессов. Там я занимался исследованием фотолюминесцентных свойств органических полимерных полупроводников — один на всем нашем потоке; все остальные ребята в основном занимались классическими твердотельными полупроводниками — кремнием, арсенидом галлия, то есть тем, что сейчас может предложить отечественная индустрия микроэлектроники. Мне же казалось, что интереснее будет заниматься новыми полимерными полупроводниками — гибкими подложками, гибкой электроникой.
Но в 2008 году, когда я защитил диплом, общая ситуация в РАН была нерадужной, больших проектов в институте не было. И я у них не остался. Если предприятия жили в своем замкнутом мире, то наша наука кое-где, невзирая на очень высокую компетенцию сотрудников, носила местечковый характер. Это естественный результат того, что наука у нас в стране какое-то время была не слишком востребована на конкурентоспособном уровне в ряде областей.
Теперь же, в 2014 году, я решил вернуться в НИТУ «МИСиС». Как раз была запущена новая федеральная целевая программа «Исследования и разработки», и наш университет выиграл субсидию с РХТУ имени Менделеева по разработке органических солнечных элементов. Поскольку на нашем потоке этим занимался только я, то мне и предложили участвовать. Деньги там были не очень большие — чуть больше, чем моя тогдашняя зарплата на производстве. Но я почти не колебался и вернулся в университет. Я сразу же поступил в аспирантуру, подготовка кандидатской диссертации стала частью моей работы. Защита у меня будет следующей осенью, но я параллельно занимаюсь и работой, и диссертацией, и это мне очень нравится.
Дальше, уже в рамках «Проекта
В обоих проектах мы занимались фотовольтаикой. В первом случае это были солнечные элементы на основе органических полимеров, сейчас это солнечные элементы на основе металл-органических соединений, перовскитов. Ими я сейчас и занимаюсь. Если на первый проект я пришел один и никого рядом не было, то сейчас мы создаем команду — я и мои коллеги будем вести группу под руководством ведущего мирового ученого. В нашей команде есть химики, материаловеды, специалисты по покрытиям и инженеры микроэлектронных устройств. Коллектив молодой, почти всем нет и 30 лет. Я ощущаю, как расту над собой: мы выезжаем на конференции и видим разницу по сравнению с тем, что было, скажем, два года назад.
Конечно, не все идет гладко, как представляется вначале. Особенно остро думаешь, чем же ты тут занимаешься, когда выезжаешь в командировки и на стажировки в зарубежные институты. В частности, я в общей сложности полгода провел в Университете Техаса в Далласе и своими глазами видел, на каком уровне ведутся научные разработки по фотовольтаике в США. То, что у нас приходится делать целый год, там можно сделать за пару месяцев. Но сейчас и у нас ситуация хорошими темпами меняется в лучшую сторону, и в скором времени мы сможем быть полностью конкурентоспособными.
Кстати, именно во время стажировки в Америке мне удалось первый раз поймать новый эффект: событие, которое я запомнил. Дело в том, что органические полимерные полупроводники, в отличие от классических, достаточно тяжело допировать, то есть внедрять в них примесные атомы, чтобы у них повысилась проводимость. И вот однажды благодаря использованию метода ионного затвора мне удалось допировать полимер так, что у него прыгнули вольт-амперные характеристики и он даже на глазах поменял цвет — из красного стал синим. Это было очень яркое впечатление, как игрушка для ребенка. Дело происходило поздним вечером, в лаборатории уже никого не было, я бегал по ней один, сам себе улыбался, шутил.
А еще, когда ходишь по зарубежным университетам, в США, Европе, Азии, смотришь на научные группы, то замечаешь, что они очень часто профинансированы не государством, а непосредственно предприятиями и высокотехнологичными компаниями: LG, Samsung, Texas Instruments, Lockheed Martin и так далее. Меня поразило в Техасе, что там рядом с каждой лабораторией висит табличка: эта лаборатория построена, или спонсирована, компанией Lockheed Martin, General Electric и так далее. Бывают и небольшие компании, которые пока неизвестны, но готовы расти вместе с научными группами. Вот она — индустрия, которая понимает, что ей нужна наука, и говорит: ребята, займитесь именно этой задачей. Группа развивается, растет, растет также университет — и вместе с ними растет индустрия.
У нас, к сожалению, этого мало, хотя и нельзя сказать, что вообще нет. Но если сравнивать с объемами в ведущих странах, по крайней мере в фотовольтаике, то остается поражаться разнице в инвестициях. И невольно начинаешь думать: свалить — не свалить. Но слава богу, я так воспитан, что мне не хотелось бы там быть чужим среди своих. Там бы я не смог собрать команду и вырасти над собой. Это первое. Второе, это наша «Программа
Собственно, чем мы сейчас занимаемся? Мы разрабатываем солнечные батареи на основе очень дешевых металлорганических полупроводников. Они показывают выдающиеся выходные характеристики на лабораторных образцах и очень большие коэффициенты полезного действия, больше 20 процентов. Это все конкурирует с кремнием. Но их главная проблема — они нестабильны. Даже если создать для них идеальные условия, они начинают деградировать из-за ряда эффектов, которые в них происходят. В частности, на границах раздела между слоями аккумулируется избыточный заряд, искажается внутреннее поле, возникают барьеры и прочее. От этого происходит как процесс разложения фотоактивного слоя, так и деградация слоя, который берет на себя либо положительный, либо отрицательный заряд.
Поэтому одна из наших задач — стабилизация работы таких устройств. Мы занимаемся разработкой стабильного слоя, который принимает на себя положительный заряд. Потом придется заняться и слоем, принимающим отрицательный заряд, но до этого пока не дошло. И вот буквально три недели назад мы получили первые успешные образцы, которые показали перспективные характеристики. В частности, мы занимаемся исследованием оксида никеля как полупроводника для сбора положительных зарядов. Оксид никеля — очень дешевый материал, стоит копейки, и мы на пути к успешному его применению в перовскитных солнечных элементах.
Наш проект только начался, мы приступили к организации лаборатории буквально в сентябре-октябре, начинали с КПД на уровне сотых долей процента, а сейчас выходим ближе к девяти-десяти процентам, и я уверен, что дойдем до пятнадцати. Эта небольшая ветвь нашего проекта, но она целиком и полностью сделана в стенах нашего университета. Над ней работала вся наша группа, у каждого была своя часть работы. И у каждого была возможность выполнить ее качественно: есть все необходимое оборудование, материалы, условия, есть идеи и понимание, куда мы движемся.
В итоге мы хотим перейти от лабораторных образцов, маленьких прототипов, в которых больше научной ценности, чем практической, к широкоформатным прототипам, которые могут быть интересны для индустрии. Вообще, наша конечная цель — рано или поздно превратиться в спин-офф компанию, чтобы развивать ее на базе технопарка университета и стать для индустрии игроком, который может предложить что-то интересное. Просто научные статьи и просто патенты — это все хорошо, однако надо, чтобы было что-то, что можно потрогать руками. Но чтобы завоевать себе место в индустрии, необходимо проделать путь научной группы, которая отрабатывает методики и получает готовый продукт.
Конечно, я пока не мечтаю, что однажды возглавлю целую корпорацию, но уверен, что мы сможем стать серьезной научной группой, возможно даже на мировом уровне, и рано или поздно нас невозможно будет игнорировать. Пусть индустрия микроэлектроники в России пока серьезно отстает от общемировой, но нас заметят, и мы поможем ей, а она — нам.
Я бывший спортсмен, я люблю соревноваться: либо надо делать что-то хорошо, либо совсем этим не заниматься. Есть хорошие научные группы в России по нашей тематике — в МГУ, в Сколтехе, ряде институтов РАН, — и надо соответствовать уровню, следить за тем, что происходит. Научная деятельность в целом — это постоянный бой. Ты должен быть универсальным человеком, уметь заниматься и научной деятельностью, и, к сожалению, административной — когда группа в университете получает деньги, начинается безумная волокита, бюрократия, необходимо делать закупки оборудования за границей, значит, нужна куча обоснований, экспертных советов. Плюс ты должен успевать писать научные статьи, выступать на конференциях, работать со своей группой, с более молодыми учеными. И ты никогда ничего не успеваешь. И либо ты к этому готов, либо побеждает сильнейший.
В сущности, наука — это творческая работа, и всякий творческий человек — инженер, художник, хореограф, спортсмен — постоянно только этим и живет. Например, я до 21 года занимался спортом, я мастер спорта международного класса, чемпион России по акробатическому рок-н-роллу. И сейчас еще сужу соревнования, это у меня такое хобби по выходным. Работая на предприятии, я еще ставил акробатические танцы на льду, но когда начал заниматься наукой, то понял, что на это просто не хватает времени.
Но наука — это еще и бой, и в некотором роде все время приходится пробивать стену головой. Я много раз слышал: «Кому это нужно, Данила? Что, фотовольтаика в России? Да у нас солнце всего пару месяцев в году, о чем ты говоришь?» Или: «У нас традиционная микроэлектроника в стране еле жива, у нас скоро забудут, как транзисторы делать, а вы тут со своей фотовольтаикой, своими солнечными батареями». И такого очень много. Или: «Данила, ну чем ты занимаешься, лучше бы на завод пошел работать, вот это ты помог бы стране». Так что надо очень верить в то, что ты делаешь. Наверное, не случайно так получилось, что из всех моих сокурсников в науке остался только я один.
Молодежи в России я бы хотел дать такое напутствие: не бойтесь вкладывать в себя, в свое образование. Мое образование — это мои мускулы, это мое резюме, это мои мозги. Нельзя просто сказать: я светлая голова, поэтому я все придумаю. В большинстве случаев это не работает, ты должен попасть в среду, где сможешь себя проявить. Поэтому если ты идешь в любую техническую специальность, готовься быть максимально креативным и восприимчивым. И тогда ты начнешь понимать: если я хочу реализовать мечту, то что мне для этого надо? Ага, мне нужна квантовая линейная оптика, физика твердого тела, — и начнешь выстраивать себя сам по кирпичику. Не тебя будут строить — преподаватели, курсы, образовательные программы, а ты сам будешь из себя высекать скульптуру, какой хочешь быть.
Алексей Башарин. Доцент лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» и кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС»
Свой первый научный опыт я поставил еще в детском саду: спустил рыбок из аквариума в унитаз, потому что мне было интересно, всплывут ли они в раковине где-нибудь на кухне. Правда, в тот раз опыт закончилось нагоняем от воспитательницы.
Если говорить более серьезно, то о занятии наукой я задумался еще в школе, когда учился в физико-математическом классе. У меня в семье практически все ученые, я часто бывал у отца в лаборатории и понял, что научная деятельность — это интересно, это определенная свобода действий и поисков. Поэтому, поступив в Московский энергетический институт, я уже на третьем курсе начал работать на кафедре, ставил эксперименты и в институте, и дома.
Но по-настоящему о том, чтобы стать ученым, я задумался уже в магистратуре. Я поступил в аспирантуру в Институте теоретической и прикладной электродинамики РАН, защитил диссертацию. А после этого на три года уехал в Грецию, на Крит, в исследовательский центр при Университете Крита. После этого я еще два года работал в Париже, но понял, что хочу заниматься наукой в России. Во-первых, сейчас наука здесь активно развивается, и я могу тем же самым заниматься дома, а во-вторых, все-таки там — чужой мир, чужие люди.
Кстати, пока я был на постдоке в Греции, то обратил внимание, что многие греческие ученые очень привязаны к своей стране и, даже если они работают где-то за границей, то часто приезжают обратно. Например, мой руководитель на Крите, профессор Эконому, был полным профессором в США, но вернулся в Грецию. И таких ученых там много, наука в Греции сейчас на высоком уровне, у них есть чему поучиться.
И я обратился в НИТУ «МИСиС», написал письмо Алексею Устинову, руководителю лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», в которой теперь работаю. Он пригласил меня поучаствовать в международном конкурсе постдоков по «Программе
Свое первое открытие я сделал еще в аспирантуре. Мне хотелось чего-то необычного, и я увлекся тематикой, которой занимаюсь и сейчас, — электродинамикой метаматериалов. Метаматериалы — это искусственные вещества, композиты, чья структура представляет собой решетку из элементов, размеры которых меньше длины волны. Благодаря этому они обладают свойствами, которые не встречаются в природе. Например, в них можно достичь отрицательного коэффициента преломления — в отличие от обычных сред, в которых луч света преломляется под положительным углом. Или у них могут быть очень маленькие локализованные поля, очень маленьких объемов, меньше длины волны. Можно, например, получить микроскоп со сверхразрешением, который позволит увидеть атомы и молекулы, к чему все стремятся. Такими задачами я и занимался в диссертации.
Но мое открытие было связано с эффектами обратного излучения. Мы с коллегами создали метаматериал и применили его как наконечник, насадку для антенны, благодаря которой антенна начала «светить» в обратную сторону. Это как если бы, представьте себе, у вас был фонарь, который должен светить вперед, а он бы начал светить назад.
Мы показали этот эффект в микроволнах. Это легче было сделать, чем в оптическом диапазоне. Дело в том, что в «оптике» длины волн измеряются нанометрами, для них надо сделать что-то нанометрового масштаба. В микроволнах длина волны — это метры и сантиметры, и, следовательно, «меньше длины волны» — это миллиметры, в таком масштабе проще было работать.
Сейчас мы работаем над созданием и исследованием неизлучающих источников, невидимых источников — их еще называют анаполями. Это все то, что не излучает, что невидимо. Все это направление называется анапольной физикой. Это когда у вас есть какой-то объект, который вы не можете увидеть — ни глазом, ни радаром (ведь природа у этих процессов одна и та же, просто длина воспринимаемых волн разная). Почему мы его не видим? Потому что в нем что-то такое происходит, из-за чего падающая на него волна переискажается и выходит из него без потерь, как будто она его не «заметила».
У анаполей есть интересное свойство: они могут сами не излучать каких-то волн. Скажем, мы берем источник излучения, подводим кабель, отчего он должен излучать, а он не излучает. В нем возникает конфигурация полей, благодаря которой поле есть только внутри источника, но оно никуда не излучается. И хотя такой источник не может излучать поля, он зато может излучать векторные потенциалы. Это такое понятие из квантовой физики, связанное с эффектом Ааронова-Бома.
Сейчас попытаюсь объяснить. Обычно люди, да и вообще все объекты в природе взаимодействуют с помощью полей. Я вас вижу, потому что от вас отражается свет, то есть электромагнитная волна. Вы меня слышите, потому что есть колебания воздуха. Есть механические колебания, еще что-то — это все передается с помощью полей той или иной природы. А у наших источников может не быть полей, а могут быть потенциалы, которые излучаются, но мы их не видим и не чувствуем, мы до сих пор не знаем, как их мерить. Но само существование векторных потенциалов теоретически предсказано.
Возможно, уже в ближайшем будущем с помощью потенциалов можно будет скрытно передавать информацию, пусть и на маленькие расстояния, на наноуровне. Вот над этим мы и работаем.
Я не испытываю дискомфорта в качестве ученого. Я доволен своей жизнью. Ученый может реализовать то, что хочет, от этого ты получаешь удовлетворение. Наш университет дает нам хорошие возможности в виде грантов, каких-то конкурсов, поддерживает не только тебя, но также и твою команду. Ведь люди, которые с тобой работают, — им тоже нужны какие-то средства, зарплаты, деньги на приборы. Здесь у нас очень хорошие возможности для всего этого.
Наука — это интернациональная деятельность, поэтому очень много приходится общаться с коллегами не только из Москвы или вообще из России, но и из других стран. Впрочем, мое общение не ограничено только кругом ученых. Если говорить о моих друзьях, то среди них есть как те, кто занимается наукой, так и те, кто этого не делает. Кстати, что касается моих бывших однокурсников, то мало кто их них пошел в науку. Трудно сказать, почему. Я заканчивал институт в 2003 году, может быть, тогда люди не видели себя в науке, не знаю.
Конечно, в науке много людей замкнутых — приходится много думать, и коммуникативные навыки немного теряются, но в целом, мне кажется, если человеку есть что рассказать, поэтому общение всегда можно найти. Сейчас я путешествую в основном по работе, а раньше любил походы, спортивное ориентирование. Часто ходил с палаткой, рюкзаком в горы или в лес. Сейчас такое удается не чаще, чем раз в год.
Зачем вообще люди приходят в науку? Чтобы реализовать свои амбиции. Точно не за деньгами или статусом, а потому что это призвание. Многие этого еще не осознают, но у них есть тяга к исследованию, они хотят что-то понять или у кого-то, скажем, тяжело больная бабушка и им хочется открыть лекарство, которое ее вылечит, и они идут в медицину. Просто молодые люди должны увидеть в себе эту тягу к знанию и к исследованиям. Это же всегда очень интересно. А наша цель — подсказать им, что в них это есть; развить их способности, дать им свободу, благодаря которой они смогут творить. А уж как они реализуют свои способности, это дело техники.
Дмитрий Иванов