Во-первых, мы выяснили, какие задачи стоят сегодня перед физиками и инженерами — что надо изобрести, понять и открыть; об этом читайте в блоках «Над чем работаем». Во‑вторых, учёные рассказали нам о том, как складывались их судьбы и карьеры; об учебе за границей и работой в международных проектах с участием российских вузов, о том, ждёт ли специалистов по фотонике рынок; обо всем этом читайте под заголовками «Кем быть». Оказалось, что среди задач, стоящих перед нашими героями, найдутся задачи и для любителей экспериментов, и для теоретиков, и для тех, кто хочет держать в руках результаты своей работы, и даже для тех, кто мечтает не об университетской кафедре, а о бизнесе, связанном с высокими технологиями.
Над чем работаем: строим новый интернет
«Каждые 4 года в 50 раз увеличивается количество передаваемой информации, 10% всей электроэнергии, которую производит человечество, уходит на поддержку интернета и связи, и эти цифры будут только расти», — рассказывает завкафедрой световых технологий и оптоэлектроники, директор мегафакультета фотоники Университета ИТМО Владислав Бугров. По его словам, чтобы интернет рос и развивался, нужна «кровеносная система» — устройства хранения и передачи информации. Те, которыми мы пользуемся сейчас, далеко не совершенны. Их постоянно необходимо дорабатывать: уменьшать их размеры, при этом и увеличивая скорость передачи данных без потерь.
Университет ИТМО
Начинающим молодым ученым или тем, кто сейчас только стоит перед выбором, предстоит придумать, например, как лучше всего пустить по оптоволокну радиоволны Wi-Fi, создать лазеры, испускающие не пучки фотонов, а один-единственный квант света (это позволит сэкономить электричество) а еще — защитить соединение. «Однофотонные источники — большое дело: с ними на свет появятся однофотонные сети, из которых невозможно украсть информацию так, чтобы вы об этом не узнали. Сейчас источники выпускают в сеть множество фотонов, и если кто-то подключается к вашему каналу, вы только чуть-чуть теряете в его мощности. Если же фотон, несущий сообщение, один, его пропажу нельзя не заметить; однофотонные источники на основе линейных материалов — квантовых нитей, то есть цепочек атомов — позволят построить такие сети, в которых ваше сообщение получит только адресат», — рассказывает Бугров.
Владислав Бугров, доктор физ.-мат. наук, заведующий кафедрой световых технологий и оптоэлектроники, руководитель подразделения международной лаборатории «Наноматериаловедения и наномеханики», директор мегафакультета фотоники Университета ИТМО. Автор более 80 научных статей и четырех десятков патентов; преподает, занимается исследованиями (главное направление — улучшение свойств нитридных полупроводниковых гетероструктур и приборов, созданных на их основе), несколько лет руководил заводом по производству светодиодных приборов.
Кем быть: инженером и бизнесменом
«Фотоника и оптоэлектроника — довольно молодые отрасли, и отчасти поэтому на рынке преобладают не огромные старые корпорации, а десятки маленьких и средних компаний, которые создают отдельные компоненты. Ситуация едва ли не уникальная: российский рынок практически контролируется отечественными организациями. Многие студенты и аспиранты уходят в такой бизнес, потому что это очень интересно; там вы и творите, и являетесь авторами, и даже продаете всё сами, но для этого нужно быть высококвалифицированным инженером», — рассказывает Бугров. Речь идет о рынках компонент телекоммуникационных систем и светодиодных систем, датчиков, камер наблюдения; отсутствие стандартов в этой области дает свободу для тех, кто предлагает оригинальные технологические решения.
Над чем работаем: заглядываем в клетку
В мире очень маленьких вещей все иначе, чем в мире больших, к которому мы привыкли. Фотон, который не сдвинет и песчинки здесь, в наномире может быть хоть стрелой подъемного крана, хоть катком, хоть регулировщиком движения. Валентин Миличко занимается как раз нанофотоникой: он собирает из света и светочувствительных частиц инструменты и новые материалы, с которыми, например, можно строить сверхмощные микроскопы: без таких материалов они работать не будут.
«Один из проектов, над которыми я работаю, посвящен оптически активным наночастицам — производным метал-органических каркасов, второй — диэлектрическим наночастицам для визуализации молекулярных процессов и управления ими», — рассказывает Миличко. Недавно ему и коллегам удалось показать, что кремниевые наночастицы могут быть источниками белого света. Еще они способны вдвое-втрое увеличить частоту направленного на них излучения, что делает их отличным материалом для лазеров, а также служить крошечными термометрами. Причем работать в этом качестве наночастицы могут в диапазоне температур от абсолютного нуля до 1600К в расплавленном металле. Такие материалы находят применение от металлургии до клеточной медицины, в химической промышленности и производстве сверхточной оптики. Каждый день коллеги Валентина решают частные вопросы большой науки, число которых не собирается уменьшаться.
Валентин Миличко, выпускник ДВФУ, кандидат физ.-мат. наук. Сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов и Международного исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО. Физик-экспериментатор, автор семидесяти публикаций в зарубежных рецензируемых журналах. Раз в несколько лет берется за новые проекты. «Я не понимаю тех ученых, которые стабильно идут по одному пути, решают только одну, пусть и глобальную проблему всю свою жизнь, — говорит он, — ведь твой опыт в области, например, физики полупроводников или информатики может пригодиться тем, кто занимается, например, фотокатализом или клеточной биологией».
Кем быть: экспериментатором
Валентин утверждает, что физики-теоретики строги и суровы, а экспериментаторы (а еще биологи и химики) — в основном ребята дружелюбные и деликатные (сам Валентин предпочитает жёсткий характер теоретиков — говорит, что «в мире науки надо уметь кусаться»). Но главным в деле все-таки считает не склад характера, а творческий потенциал. «Нашу работу невозможно расписать по шагам, стандартизировать. Сегодня ты сделал наночастицу для компактных лазеров, как требует от тебя техническое задание, а завтра, если ты сумел выйти за рамки, твоя частица поможет избавиться от раковой опухоли», — говорит молодой учёный.
Над чем работаем: предсказываем кристалл
И снова речь пойдет про очень маленькие вещи, на этот раз — о нанокристаллах. Юрий Бердников рассчитывает свойства не существующих пока ни в природе, ни в лаборатории структур из нескольких атомов (или нескольких десятков атомов). «Представьте, как ведет себя капля воды в океане — и сравните с ее поведением в тонком капилляре; о такой же разнице идет речь, когда мы говорим о нанокристаллах и кристаллах привычных масштабов, крупинках соли или алмазах», — объясняет Бердников.
Когда длина грани кристалла сравнима с длиной волны видимого света, кристаллы обретают очень странные и часто полезные свойства, которые сильно зависят от взаимного расположения атомов в кристалле и его геометрии; они ложатся в основу очень маленьких полупроводниковых приборов — транзисторов светодиодов, лазеров.
Университет ИТМО
Казалось бы, бери и выращивай кристаллы, а потом изучай свойства, но на самом деле, по словам учёного, все происходит в обратном порядке: свойства сначала рассчитывают теоретически, и только потом проверяют предсказания на готовых образцах. Работу Бердникова можно сравнить с работой конструктора самолетов, который раз за разом прогоняет модель через виртуальный тест. Строить сотни самолетов для испытаний слишком дорого и сложно, поэтому разные погодные условия, потоки ветра и даже попадающих в турбины птиц моделируют с помощью специальных программ, и только потом приступают к строительству опытных образцов. Выращивать нанокристаллы — тоже сложное и дорогое занятие; оборудование для него стоит миллионы долларов, на строительство лабораторий уходят годы, поэтому, прежде чем что-то сделать, нужно проверить все на модели. Кроме того, моделирование позволяет создавать материалы с заранее заданными свойствами, нужными спектрами поглощения и отражения, которые необходимы для конкретных компонент разных устройств — детекторов, лазеров, светодиодов транзисторов.
Юрий Бердников, кандидат физ.-мат. наук, доцент кафедры современных функциональных материалов, сотрудник Международной научной лаборатории физики эпитаксиальных (нарощенных на поверхности подложки) наноструктур Университета ИТМО. Закончил магистерскую программу Ecole Politechnique во Франции и вернулся в Россию работать над рядом международных проектов по выращиванию кристаллов. Считает, что в этом деле важнее всего задавать правильные вопросы, получать правильные ответы и уметь общаться с коллегами: «В современной науке прорывы не делаются в одиночку».
Кем быть: математиком
К «предсказанию кристаллов» Юрий шел долго: еще в школе заинтересовался точными науками и техникой, а на первых курсах понял, что любит те области физики, в которых есть место статистике и связанной с ней математике. К защите диплома стало понятно, что нужно заниматься электроникой и фотоникой. Потом была французская магистратура, где Юрий познакомился с кучей направлений науки о наноматериалах. Сейчас Юрий занимается большим международным (с участием десяти европейских вузов, в том числе Университета ИТМО) проектом по изучению свойств нанокристаллов.
В 2018 году в Университете ИТМО откроется прием на 19 очных программ магистратуры в области фотоники. Узнать о них подробнее и выбрать интересующую специальность для продолжения обучения можно здесь.
