zanauku-4-2019

Я — ученый



От редакции

Когда готовили к печати этот выпуск, наткну-
лись на такую статистику: 80–90 % когда-либо
живших на Земле ученых — наши современ-
ники. Мы не знаем, насколько достоверна
информация и как была сделана выборка —
вероятно, это просто примерная оценка.
Но только задумайтесь! Наука действительно
развивается по экспоненте с конца XIX века
и сбавлять обороты явно не собирается.

В этом номере мы собираемся вас позна-
комить с новым поколением ученых, теми,
кто создает наше будущее здесь и сейчас.
Эти ребята по-настоящему любят то, чем
занимаются, поэтому мы уверены — их ждет
невероятно успешная научная карьера. Как
сказал недавно известный ученый, астрофи-
зик и наш хороший друг, «наука — это без-
умно интересно. Если не так — бросайте это
гиблое дело».

Мы хотим, чтобы было интересно и вам.
Чтобы вы были не только свидетелями,
но и участниками стремительного техноло-
гического прогресса. А проводниками для вас
станут наши молодые герои с обложки, кото-
рые точно знают, что нас ждет впереди.

Содержание

Новости 44 48
4 Новости науки
6 Новости вуза Главное
8 МФТИ в СМИ 18 Я — ученый
Открыто
Кто создает наше двумерное
Фундаментальная наука будущее
10 Прирученный вихрь
11 Ториевая сверхпроводимость 30 Графен и после него
12 Три плюс два 33 Границы применимости
13 Технологии
15-летняя «карьера» графена
Новая флешка
14 Биофизика 38 2D-материалы
в трехмерном мире
Структура вирусного
родопсина 40 Из Петербурга в Ханчжоу
15 Медицина Куда заводит физика жидкого
Одно из 125 тысяч света. Интервью с Алексеем
16 Технологии Кавокиным
Нейросеть прочитала мысли
17 Астрофизика 44 В центре огромной плоскости
Звезда повернулась бочком На Физтехе начал работу
Центр фотоники и двумерных
33 материалов

48 Как рождаются технологии
Рассказываем на примере
квантового компьютера
и графена

Актуально
54 Космическая тройка

За что дали Нобелевскую
премию по физике — 2019

58 Зарядились до «Нобеля»
Химия литий-ионных
аккумуляторов

62 Тайна гипоксии

2

62 Иитервью №4 (1960) 2019 год

Своими глазами 74 «Ключевой точкой было Главный редактор Анна Дзарахохова
64 Новая жизнь квантовой открытие графена»
Беседа с Алексеем Приглашенный редактор Алексей Арсенин
механики Кузьменко, выпускном МФТИ
Чем занимаются в Центре и сотрудником лаборатории Научный редактор Татьяна Небольсина
высокотемпературной оптики и роста кристаллов
сверхпроводимости Университета Женевы Арт-директор Елена Хавина
и квантовых материалов Дизайн и верстка Эмма Бурляева
имени В. Л. Гинзбурга Наука в театре
Background Фотограф Евгений Пелевин
72 Наука — это спорт 78 Технологии взошли Цветокоррекция и пре-пресс
Николай Колачевский, на подмостки Максим Куперман
директор Физического
института Академии наук 80 Фотохроника Корреспонденты
имени П. Н. Лебедева Андрей Бабёнышев, Анастасия Грачикова,
Елена Егорова, Екатерина Жданова,
Ильяна Золотарева, Мария Комарова,
Вячеслав Мещеринов, Анастасия Митько,
Сергей Мольков, Григорий Рашков,
Марина Тебенькова, Алина Чернова,
Елизавета Чернышева
Корректор Юлия Болдырева

Ректор МФТИ
Николай Кудрявцев

Проректор по научной работе
и программам развития
Виталий Баган

Руководитель управления
общественных связей
Варвара Новикова

e-mail и сайт редакции:
[email protected], zanauku.mipt.ru

Подписано в печать 17.12.2019
Тираж 999 экз.
Отпечатано в типографии
«Сити Принт». г. Москва, ул.
Докукина, 10/41

Перепечатка материалов невозможна
без письменного разрешения редакции
журнала.

Мнения и высказывания, опубликованные
в материалах журнала «За науку», могут
не совпадать с позицией редакции.

На обложке: Олеся Капитанова,
72 Дмитрий Пономарев, Дмитрий Свинцов,

Глеб Целиков, Дмитрия Якубовский.
Фотограф: Иван Потылицын.

3

ЗА НАУКУ    НОВОСТИ НАУКИ

СО2-ДИЕТА этом CO2. Исследователи ввели ЛОВЕЦ © NASA/NRL/APL
в бактерию ген фермента, который СОЛНЕЧНОГО
Биологи из Института Вейцма- позволил ей потреблять формиат — ВЕТРА
на модифицировали бактерию анион муравьиной кислоты, одно
Escherichia coli так, чтобы она могла из простейших углеродсодержащих Астрофизики представили
создавать сахара и другие органи- соединений. Ученые ввели еще три результаты анализа данных,
ческие молекулы, потребляя при фермента и удалили несколько, ко- собранных солнечным зондом
торые бактерия обычно использует «Паркер», который подлетел
для метаболизма, чтобы организм к звезде ближе, чем любой
стал использовать формиат для другой аппарат. Он уже со-
питания и роста. Спустя сотни вершил три близких пролета
поколений E. coli биологам уда- мимо звезды, которые стали
лось получить штамм, который рекордными сближениями —
потребляет только CO2 и формиат 0,16 и 0,24 астрономических
для своего существования и может единиц (36 и 54 солнечных ра-
производить органические соеди- диуса соответственно). В серии
нения. статей, опубликованных в жур-
нале Nature, ученые рассказа-
ЧИТАТЬ ПО ГУБАМ 500 ли о природе истекающего с © RMIT University
экватора светила солнечного
Китайские и американские иссле- нанокельвинов — ветра, механизмах ускорения
дователи разработали новый метод рекордно низкая протонов и электронов, нашли
обучения нейросетей для распознава- температура, при ранее не наблюдавшиеся
ния речи по губам. Они предложили которой провели структуры в плазме короны
брать хорошо обученный алгоритм химическую и взаимосвязи вращения
распознавания речи по аудиозаписям реакцию. Это позво- Солнца со сверхзвуковыми
и использовать его в качестве учи- лило ученым потоками частиц. Одним
теля для алгоритма распознавания «разглядеть» самые из неожиданных открытий
речи по видеозаписям. Разработчики мелкие детали стало обнаружение смены на-
обучали и проверяли работу метода взаимодействия правления магнитных силовых
на стандартных для такой задачи дата- линий.
сетах — это LRS2, содержащий более НАПЕЧАТАНО
45 тысяч предложений, произнесенных ТИТАНОМ Напечатанный брусок на фоне
в эфире BBC, а также CMLR — круп- порошков титана и меди
нейший датасет для чтения по губам Современные титановые спла-
на севернокитайском (мандаринском) вы в процессе 3D-печати при тов, которые, вероятно, смогут
языке, содержащий более 100 тысяч охлаждении часто кристаллизу- оказать аналогичные эффекты.
предложений из эфира CNTV. ются в не самой удачной фор- Все это может найти применение
ме — в виде столбцов. Это делает в аэрокосмической и биомеди-
их склонными к растрескиванию цинской промышленности», —
или образованию дефектных отметил один из исследователей,
структур. Ученые из Австралии старший научный сотрудник
и США провели успешные испы­ Государственного объединения
тания титано-медных сплавов, научных и прикладных исследо-
которые решили проблему. ваний (Австралия) Марк Гибсон.
Сплавы с такой микрострукту-
рой могут выдерживать гораздо
более высокие напряжения и ме-
нее подвержены образованию
различных дефектов. «Есть также
ряд других легирующих элемен-

4

ДОЛГОВЕЧНЫЙ добавляет дополнительную Плавучий космодром Sea Launch
ПЕРОВСКИТ защиту, если какая-либо
вода пройдет мимо водо- КОСМОДРОМ
Нанокристаллы перовскита отталкивающих пластико- «ПЛЫВЕТ» В РОССИЮ
находят применение в боль- вых «нитей». Новый метод
шом количестве устройств, открывает возможность Космодром «Морской старт» был создан
особенно оптоэлектронных, настройки поверхностных в 1995 году для запуска коммерческих спутников
от лазеров до светодиодов. характеристик двухслой- в космос, его основателями были американский
Но они достаточно быстро ного нанокристалла для Boeing, российская РКК «Энергия», норвеж-
разрушаются при контакте повышения его устойчиво- ское судостроительное предприятие Kvaerner
с водой. Исследователи из сти и эффективности преоб- и украинские КБ «Южное» и ПО «Южмаш».
Технологического институ- разования энергии. В сентябре 2016 года S7 Group приобрела пла-
та Джорджии предложили вучий космодром «Морской старт», а в начале
упаковать материал внутри © McGill University 2017 года получила лицензию на осуществление
двухслойной системы защи- космической деятельности в России. В конце мая
ты из пластика и кремне- 2019 года «Роскосмос» и S7 Space обсуждали про-
зема. По новой технологии ект создания на базе «Союза-5» многоразовой
сначала формируются слож- ракеты грузоподъемностью 17 тонн с возвраща-
ные молекулы пластика, ко- емыми ступенями. По данным газеты «Ведомо-
торые содержат три разных сти», самарский «Прогресс» готов сделать для
блока полимеров. Их струк- проекта Sea Launch модификацию ракеты-носи-
туры служат первым слоем теля «Союз-5», облегчив ее за счет уменьшения
защиты, отталкивая воду топливных баков. Ее возможное название —
и предотвращая слипание «Союз-7», что созвучно с названием самой ком-
нанокристаллов. Следу- пании. Сейчас группе компаний S7 необходимо
ющий слой кремнезема перебазировать плавучий космодром Sea Launch
(«Морской старт») из Лонг-Бич на территорию
ЗВУК УПРАВИЛСЯ С ЭКСИТОНАМИ России, в порт Славянского судоремонтного
завода вблизи Владивостока. «Переход старто-
Физики из Швейцарии, Германии и Франции обнаружили, вой платформы и сборочно-к­ омандного судна
что акустическими волнами большой амплитуды можно на Дальний Восток планируется в 2020 году», —
манипулировать оптическим откликом полупроводников. добавили в S7 Space.
Для этого исследователи запустили высокочастотную (сотни
гигагерц) волну с большой амплитудой в материале, исполь-
зуя ультракороткие лазерные импульсы. Свои исследования
ученые проводили при комнатной температуре на диоксиде
титана — дешевом и хорошем полупроводнике, который
используется в самых разнообразных технологиях преоб-
разования световой энергии. «Результаты нашего исследо-
вания открывают очень интересные перспективы для таких
приложений, как дешевые акустооптические устройства или
сенсорные технологии», — говорит сотрудник Федеральной
политехнической школы Лозанны Маджед Черги.

ЖИЗНЬ В КОСМОСЕ ученым необходимы большие теле-
скопы следующего поколения, такие
Ученые из Корнеллского универ- как Extremely Large Telescope (ELT),
ситета придумали способ поиска который в настоящее время строит-
жизни на экзопланетах. Он основан ся в пустыне Атакама на севере Чили
на создании спектральных «карт». и, как ожидается, будет введен в экс-
Астрофизики разработали спек- плуатацию в 2025 году. Астрофизики
тральные модели высокого разре- считают самыми перспективными
шения и сценарии, описывающие для наблюдения две экзопланеты:
возможные сигналы, которые могут Проксиму b в обитаемой зоне одной
быть обнаружены при существова- из ближайших к нам звезд Прокси-
нии жизни в далеких от нас мирах. мы Центавра и Trappist-1e.
Для сбора всех нужных данных

5

ЗА НАУКУ    НОВОСТИ МФТИ

ГЛАЗАМИ ФИЗТЕХА отслеживание перемещения
глаз, фиксация задержки взгля-
Сотрудники лабораторий МФТИ да и ее длительности. Также
совместно с ГК «Нейроботикс» система широко применяется
разработали систему мобиль- в маркетинговых исследовани-
ного трекера глаз EyeRay. ях и спорте — например, что-
Основными задачами любых бы определить предпочтения
систем айтрекинга являются пользователей при покупке това-
ров в магазинах или оценить
эффективность рекламы, разме-
щенной на уличных билбордах.
При этом EyeRay стоят втрое
дешевле зарубежных аналогов
и, помимо стандартного функци-
онала, обладают возможностью
соединения с нейрогарнитурами
для ассистивной помощи людям
с моторными дисфункциями.

СНОВА В ЛИДЕРАХ образом, университеты первой КИТАЙСКОЕ
группы, включая МФТИ, получат СОТРУДНИЧЕСТВО
По итогам двенадцатого заседания господдержку в объеме около
Совета Проекта 5-100 было ре- 900 млн рублей, второй группы — В октябре в Чжэнчжоу (провинция
комендовано продолжить оказа- порядка 450 млн рублей, а вузы, Хэнань в КНР) состоялось офи-
ние государственной поддержки вошедшие в третью группу, — около циальное открытие Ресурсного
21 университету — участнику 120–130 млн рублей. При распре- центра МФТИ — пилотного про-
проекта в 2020 году. При этом вузы делении вузов учитывалась оценка екта по организации подготовки
были разделены на 3 группы, в ка- по трем параметрам: достижения старшеклассников к поступлению
ждую из которых вошло по 7 уни- в рейтингах, значения показателей, на Физтех, а также профильной
верситетов. МФТИ вошел в первую характеризующих научно-образо- подготовки студентов к поступле-
группу вместе с Высшей школой вательную, международную и фи- нию в магистратуру и аспиранту-
экономики, Университетом ИТМО, нансовую деятельность универси- ру МФТИ.
НИЯУ «МИФИ», НИТУ «МИСИС», тетов, а также оценка, полученная
Томским государственным уни- вузами от членов совета. В рамках сотрудничества
верситетом и Новосибирским МФТИ и Университета Чжэнчжоу
национальным исследовательским (Zhengzhou University) заме-
университетом. По словам зам- ститель директора по после-
председателя правительства РФ дипломному образованию
Татьяны Голиковой, как и в про- и международному сотрудни-
шлом году вузам — участникам честву Физтех-школы биологи-
программы повышения конку- ческой и медицинской физики
рентоспособности будет выделено Александр Мелерзанов провел
порядка 10 млрд рублей. Таким серию рабочих встреч с руко-
водством и преподавателями
лучших школ провинции Хэнань.

МНОГОМИЛЛИОННЫЙ ГРАНТ

Лаборатория комбинаторных и геометрических структур МФТИ под руко-
водством известного ученого — профессора Яноша Паха выиграла мегагрант
правительства РФ на сумму 79 млн рублей. Лаборатория объединяет ведущих
мировых специалистов в областях экстремальной комбинаторики, дискретной
и вычислительной геометрии и теоретической информатики. Это очень актив-
но развивающиеся и взаимосвязанные области, методы и результаты которых
применяются как в других областях математики, так и в различных приклад-
ных задачах. Планируется, что с лабораторией, которая входит в состав Физтех-
школы прикладной математики и информатики, будут также сотрудничать
всемирно известные ученые Рон Аарони и Габор Тардош.

6

ЛАБОРАТОРИЯ ЯНДЕКСА ПОБЕДЫ И НАГРАДЫ

Яндекс и Физтех-школа прикладной математики и ин- СОРЕВНОВАНИЕ «LEARN TO MOVE —
форматики МФТИ открывают совместную лабораторию, WALK AROUND»
которая будет заниматься исследованиями в области Второе место: команда МФТИ в составе Сергея
компьютерных наук. Здесь будут работать над разви- Колесникова и Валентина Хрулкова.
тием технологий машинного обучения, компьютерного
зрения, информационного поиска, рекомендательных ВСЕРОССИЙСКАЯ СТУДЕНЧЕСКАЯ
систем, обработки естественного языка и машинного пе- ОЛИМПИАДА ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ
ревода. Сотрудники лаборатории займутся исследовани- МЕХАНИКЕ
ями с прицелом на публикацию статей на ведущих ми- Первое место: сборная Физтеха в составе Андрея
ровых научных конференциях, таких как ICML, NeurIPS Уймина, Вячеслава Кузнецова, Андрея Николаева
и ACL. Руководить научной работой будут специалисты и Давита Геворгяна под руководством Александра
исследовательского подразделения Яндекса во главе Сахарова.
с выпускником МФТИ Артёмом Бабенко.
ХАКАТОН PROHACK 4.0
Ректор МФТИ Николай Кудрявцев и генеральный директор ОТ КОМПАНИЙ КРОК И СИБУР
Яндекса в России Елена Бунина Первое место: команда МФТИ CVisioners, в составе
которой Клим Киреев, Эдгар Казиахмедов, Елизавета
Киселева, Кежик Кызыл-оол и Григорий Мельников.

ЧЕМПИОНАТ ПО РОБОФУТБОЛУ ROBOCUP
ASIA-PACIFIC-2019
Первое место: команда МФТИ «Старкит» в составе
капитана Ивана Хохлова, Владимира Литвиненко,
Ильи Рякина, Никиты Коперского, Павла Сеничкина
и Ильи Осокина.

КОНКУРС МЁБИУСА
Третье место: аспирант МФТИ Арсений Сагдеев
с работой «О несимметричных диофантовых
приближениях».

КРУПНЕЙШИЙ ХАКАТОН В ЕВРОПЕ JUNCTION
Студенты 4 курса МФТИ Иван Глушенков, Дмитрий
Камальдинов и Раед Романов в составе Russian Hack
Team стали призерами хакатона Junction.

ЛУЧШАЯ НА ICUMT 2019 современным телекоммуника- СОХРАНЯЯ ПОЗИЦИИ
циям и системам управления
Студентка четвертого курса ICUMT 2019. В своем исследова- В ноябре британское издание Times
МФТИ Дарья Устинова получила нии «Анализ Т-кратной кодиро- Higher Education (THE) обнародо-
приз за лучшую студенческую ванной слотированной систе- вало результаты предметных рей-
работу одиннадцатого между- мы множественного доступа тингов по направлениям «Науки
народного конгресса по ультра- ALOHA при фиксированной о жизни» и «Физические науки».
вероятности ошибки» Дарья Лучший результат среди россий-
показала, каким образом при ских вузов четвертый год подряд
помощи правильного подбора демонстрирует МФТИ. В предмет-
вероятностей случайных за- ном рейтинге «Физические науки»
просов можно минимизировать МФТИ занимает 45 место, сохра-
число коллизий. Анализ был няя третий год подряд место в топ
проведен для различных моди- 50 лучших вузов мира. В рейтинге
фикаций алгоритма, например, Life Sciences Физтех занял позицию
для разного числа подключен- 251–300 и стал вторым в Российской
ных устройств. Работа получила Федерации после МГУ.
много положительных отзывов,
и в настоящее время ее расши- 7
ренная версия подготавливает-
ся для публикации в престиж-
ном журнале.

ЗА НАУКУ    МФТИ В СМИ

НЕСТАНДАРТНЫЙ ПУЛЬСАР
<...> Весной 2019 года астрофизики из Института космических
исследований РАН, МФТИ и Пулковской обсерватории РАН
смогли «поймать» момент зарождения новой вспышки от GRO
J2058+42 и оперативно организовать серию наблюдений кос-
мической рентгеновской обсерваторией NuSTAR (НАСА), обла-
дающей выдающейся комбинацией высокого энергетического
разрешения и широчайшего рабочего диапазона энергий.

Подробнее на стр. 17

RUSSIAN SCIENTISTS INVENT УЧЕНЫЕ В МАГНОННЫХ СХЕМАХ
AMAZING ”MIND-READING” ИЗ МФТИ СОЗДАЛИ НАУЧИЛИСЬ НЕ ТЕРЯТЬ СИГНАЛ
TOOL THAT COULD BE FUTURE КОНДЕНСАТОРЫ Ученые из Московского физико-тех-
OF CONTROLLING PHONES ДЛЯ ФЛЭШ-ПАМЯТИ нического института, Института
WITH YOUR BRAIN БУДУЩЕГО радиотехники и электроники имени
In a video released by scientists Физики создали уни- Котельникова РАН и Саратовско-
in Moscow, a test subject is кальные конденсаторы го государственного университета
shown with their head wired из оксида гафния, которые выяснили, что неудачный волновод
up to a complicated headset. можно использовать в ка- может привести к потере сигнала.
They’re played video clips while честве ячеек сверхбыстрой
the mind-reading tool attempts и почти «вечной» флэш-па- SCIENTISTS DEVELOP METHOD
to recreate what’s on the screen мяти. Об этом сообщи- TO STANDARDIZE GENETIC DATA
by reading their brain waves. ла пресс-служба МФТИ ANALYSIS
On several occasions, the tech со ссылкой на статью науч- MIPT researchers have collaborated
appears to copy the videos bang on ного журнала Nanoscale. with Atlas Biomedical Holding and
in an impressive display of brain- developed a new bioinformatics data
tracking prowess. The tool was Подробнее на стр. 13 analysis method. The developed
developed by researchers at the program, EphaGen, can be used for
Moscow Institute of Physics and quality control when diagnosing
Technology (MIPT). genetic diseases. The team published
the article in Nucleic Acid Research.
Подробнее на стр. 16

SCIENTISTS СЧИТАЕТЕ, ЧТО У ВАС БИРЮЗОВАЯ КОМПАНИЯ?
TAME JOSEPHSON ПРОВЕРЬТЕ ЭТО ПРЯМО СЕЙЧАС
VORTICES Александр Белов, директор бизнес-инкубато-
ра МФТИ, в колонке рассуждает, чем отличаются
MIPT physicists have бирюзовые компании от других, и объясняет, каким
learned how to locally критериям должны соответствовать организации,
control Josephson которые стремятся к такой системе устройства.
vortices. The discovery can be used for quantum
electronics superconducting devices and future
quantum processors. The work has been published
in the prestigious scientific journal Nature
Communications.
Подробнее на стр. 11

8

ПРОПУСКНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ: НОВЫЙ РОУТЕР УСТАНОВЛЕН РЕКОРД ДАЛЬНОСТИ
РАЗГОНИТ БЕСПРОВОДНОЙ ИНТЕРНЕТ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СИГНАЛА
Новый российский Wi-Fi роутер ускорит беспроводной Исследователи из Московского физико-техни-
интернет на 40% и позволит смотреть видео в разрешении ческого института совместно с инженерами
4К сразу на множестве устройств. Разработка отечествен- компаний Т8 (Россия) и Corning Incorporated
ных ученых не имеет аналогов в мире благодаря реализа- (США) создали систему передачи высоко-
ции особого способа передачи данных. Устройство станет скоростного сигнала на большие расстояния
базовой частью будущего глобального стандарта связи без активного промежуточного усиления.
Wi-Fi 7. <...> Важную роль в создании технологии сыграли Подобные системы помогут провести интер-
молодые специалисты — студент МФТИ Илья Левицкий нет и другие виды связи в отдаленные насе-
и аспирант Алексей Куреев. Они являются сотрудниками ленные пункты. Результаты работы опубли-
лаборатории беспроводных сетей, созданной в рамках кованы в журнале IEEE Photonics Technology
мегагранта правительства России. Letters.

КИБЕРНЕТИКА НАЙДЕН НОВЫЙ УГЛЕРОДНЫЕ
В НАУКЕ И ЖИЗНИ СПОСОБ СОЗДАТЬ НАНОТРУБКИ
Чистая кибернетика сегод- ЛЕКАРСТВО СПОСОБНЫ
ня — это теория управления ДЛЯ АСТМАТИКОВ ИЗМЕНИТЬ БУДУЩЕЕ
в математике. Самый про- Сотрудники МФТИ вместе СЕНСОРНЫХ ЭКРАНОВ
стой пример, который всегда с зарубежными коллегами Пленки из углеродных
все приводят, — это термо- пролили свет на структуру нанотрубок с полупро-
стат, рассказывает Михаил и особенности рецепторов водниковой проводимо-
Бурцев, заведующий лабо- CysLT, которые регулируют стью в будущем спо-
раторией нейросетей и глу- провоспалительные реакции, собны заменить оксид
бокого обучения МФТИ, ру- связанные с аллергическими индия-олова — твердый
ководитель проекта iPavlov расстройствами. Исследование прозрачный материал,
НТИ, кандидат физико- было опубликовано в журнале который уже 60 лет ис-
математических наук. Nature Communications. пользуется для создания
прозрачных электродов.
МОСЛЕКТОРИЙ: Без редкоземельного ин-
КАК НАЙТИ ЧЕРНУЮ ДЫРУ дия дисплеи и сенсорные
Какой путь пришлось пройти астрофизи- экраны станут дешевле,
кам от первого предсказания до доказа- и кроме того, их можно
тельства существования этих пугающих будет без вреда сгибать
объектов во Вселенной? Представляют ли и сворачивать. Ученые
они опасность для человечества? Где на- Института общей физи-
ходится «горизонт событий»? Об этом ки им. А. М. Прохорова
и не только гостям рассказал Юрий РАН и МФТИ совместно
Ковалев, российский ученый-астрофизик, с коллегами исследова-
член-корреспондент РАН, заведующий ли влияние «ловушек»
лабораториями ФИАН и МФТИ. на оптические свойства
углеродных нанотрубок.

Подробнее на стр. 12

9

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА

Татьяна Небольсина

Прирученный вихрь

Физики из МФТИ показали возможность локального
управления джозефсоновскими вихрями.

Иллюстрация Елены Хавиной, Экспериментальная установка:
пресс-служба МФТИ ниобий Nb (синий),
медь Cu (оранжевый).
Эллипс отмечает область
джозефсоновского перехода.
Игла магнитно-силового
микроскопа с магнитным
покрытием из Co/Cr колеблется
пьезоэлементом (dither)

ГДЕ СЛАБО, ТАМ И ТОКИ ПРЯМАЯ РЕЧЬ МИКРОСКОП & МАНИПУЛЯТОР
Джозефсоновский вихрь — это Разнообразие сверхчувствительных
вихрь токов, возникающий Василий Столяров, руководитель сверхпроводящих устройств и архитектур
в системе из двух сверхпроводни- исследования, заместитель заведую- для квантовых вычислений быстро рас-
ков, разделенных слабой связью щего лабораторией топологических тет. Джозефсоновские же контакты яв-
(диэлектриком, нормальным ме- квантовых явлений в сверхпроводящих ляются для них строительными блоками.
таллом и др.) в присутствии внеш- системах МФТИ:
него магнитного поля. В 1962 году — Мы показали, что в планарных (пло- Ученые из лаборатории топологических
Джозефсон предсказал эффект ских) контактах «сверхпроводник — квантовых явлений в сверхпроводящих
протекания сверхпроводящего нормальный металл — сверхпроводник» системах МФТИ решили применить маг-
тока через тонкий слой изолятора, джозефсоновские вихри имеют своео- нитно-силовой микроскоп (МСМ) для изу-
разделяющий два сверхпроводни- бразный отпечаток. Он был обнаружен чения джозефсоновских вихрей в системе
ка. Такой ток назвали джозефсо- при проведении магнитно-силовой из двух сверхпроводящих контактов из
новским, а соеди­нение сверхпро- микроскопии. Основываясь на этом ниобия и прослойки из меди (Nb/Cu/Nb),
водников  — джозефсоновским открытии, мы показали возможность играющей роль слабой связи.
контактом. локальной генерации джозефсоновского
вихря и манипулирования им магнитным При определенных параметрах (ме-
Между двумя сверхпроводни- кантилевером микроскопа. стоположение зонда, температура,
ками через диэлектрик или ме- внешнее магнитное поле, электриче-
талл, не являющийся сверхпро- поле может проникнуть в виде ский ток через образец) исследователи
водником, образуется связь, отдельных джозефсоновских наблюдали особый отклик кантилевера
называемая слабой, и устанав- вихрей, несущих квант магнит- микроскопа. Это сопровождалось по-
ливается макроскопическая ного потока. Вихри Джозефсона явлением резких колец/дуг на изобра-
квантовая когерентность. Когда часто рассматриваются как на- жениях. Во время процесса шел обмен
эту систему помещают в маг- стоящие топологические объ- энергией между кантилевером и образ-
нитное поле, сверхпроводники екты, наблюдение и манипули- цом в точках бифуркации.
магнитное поле выталкивают. рование которыми достаточно
Чем большее магнитное поле сложно. Открытие может быть востребован-
прикладывается, тем больше ным в сверхпроводящих устройствах
сверхпроводимость сопротив- квантовой электроники и в будущих
ляется проникновению маг- квантовых процессорах.
нитного поля в джозефсонов-
скую систему. Однако слабая Оригинальная статья: Local Josephson
связь — это место, в которое vortex generation and manipulation with
a Magnetic Force Microscope, Viacheslav
V. Dremov et al.; Nature Communications,
September 2019.

10

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА

Ториевая Алина Чернова

сверхпроводимость

Ученые нашли новый ПРЯМАЯ РЕЧЬ
высокотемпературный
сверхпроводник. Артём Оганов, профессор Сколтеха и МФТИ, соруководи-
тель исследования:
ТЕМПЕРАТУРА — Современная теория и, в частности, разработанный мной
ИЛИ ДАВЛЕНИЕ и моими учениками метод USPEX в очередной раз показы-
Cверхпроводимость — удиви- вает удивительную предсказательную мощь. Предсказан-
тельное свойство полной поте- нскооейвхеищмеиситвио,оTбhлHа1д0,анюещвепеи,ссыогвлааюсщноеетесяорвириа, мункииккаллаьснсыимчеи-
ри электрического сопротивле- свойствами, подтверждено теперь и экспериментом.
ния, появляющееся у некоторых Причем качество экспериментальных данных, полученных
материалов в определенных ус- в лаборатории Ивана Трояна, весьма высокое.
ловиях. Такие вещества очень
интересны для электроники, До недавнего времени рекорд сверхпроводником. Критическую
так как могут найти примене- удерживал ртутьсодержащий ку- температуру определили при дав-
ние в квантовых компьютерах прат с температурой сверхпро- лении в 1,7 миллиона атмосфер,
и высокочувствительных де- водимости –1380С. Рекорд этого она оказалась равна –1120С, что
текторах. Однако есть большая года составляет –130С (декаги- совпадает с теоретическим пред-
сложность: проявляется это яв- дрид лантана, LaH10), что очень сказанием для этого давления
ление обычно при весьма низ- близко к комнатной температуре, и уже сейчас ставит ThH10 в ряд
ких температурах или крайне но достигается это при давлени- рекордных высокотемператур-
высоких давлениях. ях в почти 2 миллиона атмосфер, ных сверхпроводников.
что затрудняет практическое
Кристаллическая структура ThH10. использование вещества. ЧТО ДАЛЬШЕ
Иллюстрация Дарьи Сокол «Мы увидели предсказанную те-
ПРЕДСКАЗАНИЕ & орией сверхпроводимость при
ЭКСПЕРИМЕНТ –1120С и 1,7 миллиона атмосфер.
В 2018 году в лаборатории про- Учитывая замечательное согласие
фессора Сколтеха и МФТИ Артёма теории и эксперимента, интересно
Оганова его сотрудником Алек- узнать, вырастет ли при более низ-
сандром Квашниным было сдела- ких давлениях сверхпроводимость
но предсказание нового вещества, этого вещества до предсказанных
полигидрида тория ThH10, с кри- –30–400С», — отметил Иван Троян.
тической температурой –320С при
давлении в 1 миллион атмосфер. «Гидрид тория — это лишь от-
дельное звено большого, дина-
Ученые под руководством про- мично развивающегося класса
фессора Сколтеха и МФТИ Артёма гидридных сверхпроводников.
Оганова и доктора Ивана Трояна Я считаю, что в ближайшие годы
из Института кристаллографии гидридная сверхпроводимость
РАН смогли синтезировать пред- покинет криогенную область и пе-
сказанный сверхпроводящий ма- рейдет в плоскость конструирова-
териал — декагидрид тория ThH10 ния электронных устройств на их
и исследовать его транспортные основе», — подчеркнул Дмитрий
свойства и сверхпроводимость. Семенок, первый автор исследо-
вания, аспирант Сколтеха.
В согласии с теоретическим
предсказанием было обнару- Оригинальная статья: Super­
жено, что ThH10 существует при conductivity at 161 K in thorium
давлениях выше 0,85 миллиона hydride ThH10: Synthesis and
атмосфер и является выдаю- properties; Dmitry V.Semenok et al.;
щимся высокотемпературным Materials Today, November 2019.

11

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА

Анастасия Митько

Три
плюс
два

Внесение примесей
в углеродные нанотрубки
приводит к формированию
«ловушек» для квазичастиц.

КВАЗИЧАСТИЦЫ За переключение пикселей нанотрубки. Эти атомы служат
И СМАРТФОНЫ на гибком экране отвечают «ловушками» — попавшая в их
Углеродные нанотрубки — лег- тонкопленочные транзисторы. «зону влияния» квазичастица
кий и прочный материал, пер- Чем быстрее заряд способен не может «сбежать» (является
спективный со многих точек двигаться в материале, тем бы- локализованной). Основываясь
зрения. Пленки из углеродных стрее реагируют транзисторы на данных, полученных мето-
нанотрубок с полупроводнико- и тем оперативнее отклик экра- дами спектроскопии, физики
вой проводимостью в будущем на. Для описания процессов пришли к выводу — в «ловушку»
способны заменить оксид индия- переноса зарядов в полупрово- попали экситон и трион.
олова — твердый прозрачный дниках физики ввели понятие
материал, который уже 60 лет «квазичастица». Примером мо- ПОЙМАТЬ И ИЗУЧИТЬ
используется для создания про- жет служить «дырка» — остав- Чтобы исследовать квазичасти-
зрачных электродов. Без ред- шееся после отрыва электрона цы, ученые добавляли в водную
коземельного индия дисплеи и свободное место на орбитали суспензию углеродных нано-
сенсорные экраны станут дешев- атома. Квазичастица экситон трубок с полупроводниковой
ле, и, кроме того, их можно будет представляет собой пару «элек- проводимостью соляную кис-
без вреда сгибать и сво- трон — дырка», которая движет- лоту. Далее авторы исследовали
рачивать. ся, будто частицы привязаны спектры поглощения суспензий
друг к другу. Если к экситону с разным количеством соляной
ПРЯМАЯ РЕЧЬ присоединяется еще одна ча- кислоты. Чем выше была кон-
стица, получается трион. центрация кислоты, тем боль-
Тимофей Ерёмин, младший научный сотруд- ше формировалось «ловушек»
ник лаборатории наноуглеродных материалов ЛОВУШКА ДЛЯ ТРИОНА и тем больше в них попадалось
МФТИ: Ученые из Института общей фи- экситонов и трионов.
— Допированные, или, проще говоря, с вне- зики им. А. М. Прохорова РАН
сенными примесями одностенные углеродные и МФТИ совместно с коллегами Работа выполнена коллек-
нанотрубки уже продемонстрировали ранее исследовали влияние «ловушек» тивом ученых из МФТИ, ИОФ
свои уникальные свойства в качестве прово- на оптические свойства угле- им. А. М. Прохорова РАН, МГУ,
дящих прозрачных электродов. В этой работе родных нанотрубок. При  об- МИФИ, ФТИ им. Иоффе, а также
мы выявили в них многочастичные оптиче- работке соляной кислотой на Университета Восточной Фин-
ские возбуждения и выяснили механизмы ми- поверхности трубок остаются ляндии. Оригинальная ста-
грации энергии. Развитие этого направления отдельные атомы водорода. Они тья: Many-particle excitations
открывает новые перспективы для нелиней- не образуют химических свя- in non-covalently doped single-
ной оптики. зей с поверхностью, и значит — walled carbon nanotubes, Timofei
не вносят дефекты в структуру V. Eremin et al., Scientific Reports,
October 2019.

12

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    ТЕХНОЛОГИИ

Новая флешка

Елена Егорова

Прорыв на пути к созданию
новых типов энергонезависимых
ячеек памяти совершила группа
исследователей из МФТИ.

КТО РАНЬШЕ ПРЯМАЯ РЕЧЬ Иллюстрация Дарьи Сокол
В электронной промышленности
всего мира сейчас идет гонка за Андрей Зенкевич, заведующий лаборатори- НОВЫЙ МЕТОД
«новой флешкой» — энергонеза- ей функциональных материалов и устройств Для этого они применили метод
висимой памятью, основанной для наноэлектроники МФТИ: так называемой высокоэнергети-
на новых принципах и обеспечи- — Созданные нашей командой в МФТИ сегне- ческой рентгеновской фотоэлек-
вающей кратное превосходство тоэлектрические конденсаторы, если их приме- тронной спектроскопии. Специ-
в скорости доступа и количестве нить для промышленного изготовления ячеек альная методика, разработанная
возможных циклов перезапи- энергонезависимой памяти, способны обе- сотрудниками Физтеха, требует
си над сегодняшней флешкой спечить более 1010 циклов перезаписи — в сто применения рентгеновского из-
и твердотельным диском (SSD). тысяч раз больше, чем допускают современные лучения, которое можно получить
Наиболее перспективной осно- компьютерные флешки. только на специальных ускорите-
вой «новой флешки» считается лях-синхротронах, таких как DESY
оксид гафния (HfO2), давно из- ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ в Гамбурге (ФРГ). Там и были про-
вестный в электронной про- Новая ячейка памяти пред- ведены измерения на прототипах
мышленности. Этот аморфный ставляет собой тончайший — будущих ячеек «новой памяти» —
диэлектрик при определенных менее 10 нанометров — слой сегнетоэлектрических конденсато-
условиях может образовывать оксида гафния, к которому рах на основе оксида гафния, изго-
стабильные кристаллы, облада- с двух сторон примыкают элек- товленных в ЦКП МФТИ.
ющие сегнетоэлектрическими троды. Конструкция похожа на
свойствами — способностью обычный электрический кон- Еще одно важное преимуще-
«помнить» о приложенном элек- денсатор. Но для того, чтобы ство устройств памяти на сег-
трическом поле. сегнетоэлектрические кон- нетоэлектриках — их полная,
денсаторы можно было ис- в отличие от полупроводниковых
пользовать в качестве ячеек накопителей, нечувствительность
памяти, необходимо добиться к радиационному воздействию.
максимально возможной по- «Новая флешка» сможет работать
ляризации. Для этого долж- даже в космосе: ей не страшно
ны быть изучены физические космическое излучение.
процессы, которые происхо-
дят внутри нанослоя в момент Оригинальная статья: Polariza-
явления: как распределяется tion-dependent electric potential
электрический потенциал вну- distribution across nanoscale fer-
три слоя при подаче напряже- roelectric Hf0.5Zr0.5O2 in functional
ния на электроды. За десять memory capacitors; Yury Matveyev
лет, прошедших с момента от- et al.; Nanoscale, Oct 2019.
крытия сегнетоэлектрической
фазы HfO2, никому из иссле-
дователей этого не удавалось.
А авторы опубликованной ра-
боты смогли.

Команда ученых, проводивших эксперимент, возле установки высокоэнергетической
рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротроне PETRA III, Гамбург.
Слева направо: Андрей Глосковский, Юрий Матвеев, Дмитрий Негров,
Виталий Михеев и Андрей Зенкевич. Предоставлено Андреем Зенкевичем

13

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    БИОФИЗИКА

Структура
вирусного родопсина

Елена Егорова ПРЯМАЯ РЕЧЬ

Устройство уникального белка стало Валентин Горделий, руководитель научных
известно благодаря работе выпускников групп в Институте структурной биологии в Гре-
и аспирантов МФТИ. нобле и в Исследовательском центре Юлиха
и научный координатор Центра исследований
ПЕНТАМЕРНАЯ Впрочем, сама по себе пен- молекулярных механизмов старения и возраст-
СТРУКТУРА тамерная структура для этого ных заболеваний в МФТИ:
Вирусные родопсины были класса белков не нова: ее удава- — Если удастся доказать, что данный вирусный
впервые обнаружены в так на- лось обнаружить и у некоторых родопсин является ионным каналом, то он мо-
зываемых гигантских вирусах других родопсинов, например, жет стать прекрасным инструментом для
несколько лет назад, однако до в случае светочувствительного оптогенетики и биомедицинских приложений.
сих пор никому не удавалось натриевого насоса KR2. Но струк- Уже продемонстрировано, что с помощью
изучить механизм функциони- тура OLPVRII отличается тем, что оптогенетики можно восстанавливать потерян-
рования этих белков, описать их в центре пентамера расположена ные зрение и слух, управлять мышцами при
структуру и выяснить функцио- уникальная пo' ра, предназначе- потере контроля над ними в результате невро-
нальное предназначение. Иссле- ние которой пока непонятно. логических заболеваний, бороться с болезнями
дование такого рода вирусов Альцгеймера и Паркинсона.
представляет большой интерес ЧТО ЗА ПОРА
для экологии. «Возможно, эта пора выполня- структуры: авторы работы показа-
ет роль ионного канала. Скорее ли, что этот белок, подобно боль-
«В нашей работе мы получи- всего, для хлора, — считает соав- шинству родопсинов, способен
ли пространственную струк- тор работы, аспирант МФТИ Ки- перекачивать протоны наружу
туру OLPVRII высокого раз- рилл Ковалев. — Однако каналь- клетки. Но это свойство у него вы-
решения и показали, что этот ное предназначение OLPVRII ражено весьма слабо и, по мнению
белок организован в пентаме- нами еще не доказано: для этого исследователей, может не быть ос-
ры в липидной мембране», — нужны дополнительные экспе- новной функцией белка.
сообщает Дмитрий Братанов, риментальные исследования».
научный сотрудник Института ИНСТРУМЕНТ
комплексных систем Иссле- Впрочем, кое-что о функциях ОПТОГЕНЕТИКИ
довательского центра города вирусного родопсина удалось уз- Ученые считают, что этот ин-
Юлих (Германия). нать уже в процессе изучения его струмент сможет превзойти все
существующие аналоги за счет
ДЛЯ СПРАВКИ преимуществ его пентамерной
Гигантские вирусы (Giant структуры — свободы гене-
Viruses) — огромные виру- тического манипулирования
сы размером с бактерию, свойствами белка и, предполо-
которые инфицируют клетки жительно, высоких токов через
водорослей, ответственных широкую центральную пору.
за поддержание экологиче-
ского баланса в природной Авторы работы закрепили
среде Мирового океана. за собой приоритет на оптоге-
нетическое применение вирус-
Вирусный родопсин OLPVRII. Централь- ного родопсина OLPVRII, подав
ная пора обозначена красным контуром. патентную заявку на соответ-
Источник: Dmitry Bratanov et al., ствующее изобретение.
Nature Communications
Оригинальная статья: Unique
structure and function of viral
rhodopsins, Dmitry Bratanov
et al.; Nature Communications
October 2019.

14

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    МЕДИЦИНА

Одно
из 125 тысяч

Андрей Бабенышев

Разработан быстрый способ
поиска новых антибиотиков.

НА ОСНОВЕ ХЕМОТИПОВ Иллюстрация Елены Хавиной, пресс-служба МФТИ
Антибиотики являются одним
из ключевых открытий ХХ века, научный и социальный интерес. ОПТИМУМ
без которых сложно представить Стратегия разработки новых ан- В ходе работы было показано, что
современную жизнь. Однако по- тибактериальных препаратов 688 веществ обладают выражен-
стоянное возникновение рези- в большой степени направлена ной антибактериальной актив-
стентных (устойчивых ко многим на поиск структурных аналогов ностью. В 38 молекулах присут-
антибиотикам) штаммов бактерий в рамках химических классов из- ствует одинаковая подструктура
приводит к необходимости бы- вестных антибиотиков. Однако 2-пиразол-1-ил-тиазол группа.
строй разработки новых лекарств. мы полагаем, что более эффектив- Исследователи описали анти-
ным подходом для поиска таких бактериальные свойства этого
Анастасия Аладинская, один препаратов является открытие со- класса химических соединений.
из соавторов работы, научный единений новых хемотипов». В результате было отобрано во-
сотрудник лаборатории медицин- НОВЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА семь веществ-ингибиторов син-
ской химии и биоинформатики Учеными из МФТИ совместно теза белка, для которых допол-
МФТИ, рассказала: «Разработка с коллегами из Сколтеха, МГУ нительно проверили клеточную
новых антибактериальных пре- и Института биохимии и генети- токсичность. Одно вещество по
паратов, способных преодолевать ки РАН (Уфа) был использован соотношению антибактериаль-
резистентность современных полуавтоматический метод ана- ных и цитостатических свойств
клинически значимых штаммов лиза. В его основе лежит контроль оказалось оптимальным.
бактерий, представляет большой жизнедеятельности бактерий, на-
глядно показывающий механизм Таким образом, благодаря но-
ПРЯМАЯ РЕЧЬ действия веществ. Бактерии можно вой уникальной методике, позво-
Анастасия Аладинская, научный сотрудник уничтожать разными способами — ляющей быстро и эффективно
лаборатории медицинской химии и биоинфор- в данном случае проверялось либо проверить огромное количество
матики МФТИ: нарушение генетического матери- веществ, был выявлен потенци-
— Наша лаборатория на Физтехе совместно ала (то есть ДНК), либо блокиро- ально новый класс соединений
с коллегами провела высокопроизводительный вание синтеза белка. Сам метод с антибактериальными свойства-
скрининг библиотек малых молекул с це- анализа достаточно прост и может ми. В будущем планируется ис-
лью обнаружить структурно разнообразные быть автоматизирован, что позво- следование свойств данных моле-
соединения с антибактериальной активностью. лило в рамках работы изучить бо- кул в изучении уже резистентных
В основе скрининговой платформы лежит уни- лее 125 тысяч веществ. В качестве штаммов.
кальный описанный ранее метод определения модельного объекта использовался
механизма действия антибиотиков. В процессе штамм кишечной палочки, не об- Оригинальная статья: 2-Pyrazol-
работы нам удалось обнаружить класс малых ладающий резистентностью. 1-yl-thiazole derivatives as novel
молекул, производных 2-пиразол-1-ил-тиазола, highly potent antibacterials; Yan
продемонстрировавших способность пода- A. Ivanenkov et al.; The Journal
влять жизнедеятельность штамма delta TolC of Antibiotics, July 2019.
Escherichia coli — бактерии, способной вызвать
тяжелое пищевое отравление.

15

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    ТЕХНОЛОГИИ

Иллюстрация @tsarcyanide для разных категорий видеоро-
ликов достоверно различаются.
Нейросеть Григорий Рашков Это позволило анализировать
реакцию мозга на видеоролики
прочитала мысли в режиме реального времени.

Ученые научились ПРЯМАЯ РЕЧЬ Далее специалисты разработа-
воссоздавать ли две нейросети, одна из кото-
по электрической Владимир Конышев, руководитель лаборато- рых генерировала произвольные
активности мозга рии нейроробототехники МФТИ: изображения этих же категорий
изображения, — Работа ведется в рамках проекта «Асси- из «шума», а вторая — создавала
которые человек стивные технологии» НейроНет НТИ. Интер- похожий «шум» из ЭЭГ. Затем ав-
видит в данный фейс «мозг — компьютер» разрабатывается торы работы обучили эти нейро-
момент. для управления экзоскелетом руки при реаби- сети работать совместно.
литации после инсультов, а также для управ-
ления электроколяской парализованными Для проверки испытуемым по-
людьми. казали совершенно новые видео,
снимая при этом ЭЭГ и в реальном
СИГНАЛЫ МОЗГА ЭКСПЕРИМЕНТ времени отправляя ее на нейросе-
Для развития методов лечения Исследователи произвольно ти. На их основе нейросети созда-
когнитивных нарушений, пост- выбрали несколько разных ка- вали реалистичные кадры, по ко-
инсультной реабилитации и соз- тегорий роликов с YouTube: «аб- торым в 90% случаев можно было
дания устройств, управляемых стракции», «водопады», «лица определить категорию видео.
мозгом, необходимо понять то, людей», «скорость», которые по-
как мозг кодирует информацию. казывали испытуемым, записы- ВСЕ НА ЭЭГ НАПИСАНО
Ключевая задача для понима- вая при этом ЭЭГ. Оказалось, что «Энцефалограмма — следовой
ния принципов его работы — ис- частотные характеристики вол- сигнал от работы нервных клеток,
следование активности мозга, новой активности (спектры) ЭЭГ снимаемый с поверхности голо-
возникающей при визуальном вы. Раньше считалось, что иссле-
восприятии информации. Ин- довать процессы в мозге по ЭЭГ —
терфейс «мозг — компьютер», это все равно, что пытаться узнать
созданный командой ученых устройство двигателя паровоза
из МФТИ и компании «Нейро- по его дыму, — говорит Григорий
ботикс», использует для этого Рашков, один из авторов работы,
электроэнцефалограмму (ЭЭГ), младший научный сотрудник
снимаемую с поверхности го- МФТИ и программист-матема-
ловы, и нейросети. Созданная тик компании «Нейроботикс». —
технология с помощью ЭЭГ в ре- Мы не предполагали, что в ней
жиме реального времени рекон- содержится достаточно инфор-
струирует кадры из видео, кото- мации, чтобы хотя бы частично
рое смотрит человек. реконструировать изображение,
которое видит человек. Сейчас
создание инвазивных нейроин-
терфейсов упирается в сложность
хирургической операции. Мы на-
деемся, что сможем сделать ней-
роинтерфейсы, не требующие им-
плантации».

Оригинальная статья: Natural
image reconstruction from brain
waves: a novel visual BCI system
with native feedback; Grigory
Rashkov et al.; препринт, bioRxiv.

Реконструирование изображе-
ний. Слева стоит кадр видеороли-
ка, который показывали испыту-
емому, справа — воссозданный
нейросетью. Фото Григория
Рашкова

16

ЗА НАУКУ    ОТКРЫТО    АСТРОФИЗИКА

Звезда повернулась

бочком Сергей Мольков ПРЯМАЯ РЕЧЬ

Александр Лутовинов, профессор РАН,

Российские астрофизики обнаружили ней- заместитель директора по научной работе
тронную звезду с необычной структурой ИКИ РАН, преподаватель МФТИ:
магнитного поля. — Одним из фундаментальных вопросов
образования и эволюции нейтронных
звезд является структура их магнитных по-
лей. С одной стороны, в процессе коллапса
должна сохраняться дипольная структура
ОСОБЕННЫЙ ПУЛЬСАР Открыть данное явление уче- звезды-прародительницы, с другой, мы зна-
Нейтронная звезда в системе ным удалось, проведя детальные ем, что даже у нашего Солнца есть локаль-
GRO J2058+42 была открыта поч- «томографические» исследования ные неоднородности магнитного поля, что,
ти четверть века назад и принад- системы. Для этого были сдела- например, проявляется в солнечных пятнах.
лежит к особому классу — вспы- ны рентгеновские снимки «кос- Похожие структуры предсказываются
хивающим (или транзиентным) мического пациента» с десяти теоретически и в случае нейтронных звезд.
рентгеновским пульсарам. Этот ракурсов, и только на одном из Это очень здорово — впервые увидеть
объект ничем особенным не вы- них был обнаружен дефицит из- их в реальных данных.
делялся на фоне своих «одно- лучения на энергии около 10 кэВ,
классников». И только недавние что соответствует напряженно-
наблюдения с помощью американ- сти магнитного поля 1012 Гаусс. Полученный результат был на-
ской космической обсерватории Особый интерес полученному столько необычен, что российские
NuSTAR позволили «рассмотреть» результату давала одновременная ученые обратились к американским
особенности излучения этого регистрация высших гармоник коллегам с предложением провести
пульсара, дающие возможность циклотронной линии на той же дополнительные наблюдения, кото-
утверждать, что он претендует самой фазе излучения источника. рые подтвердили первоначальные
стать родоначальником нового выводы. Открытие российских уче-
семейства объектов. ных впервые представило доказа-
Ученые из ИКИ РАН, МФТИ тельства того, что магнитное поле
и Пулковской обсерватории РАН нейтронной звезды имеет суще-
обнаружили, что магнитное поле ДЛЯ СПРАВКИ ственно более сложную структуру,
звезды регистрируется только Циклотронная частота — частота обра- чем считалось ранее.
в тот момент, когда она поворачи- щения заряженной частицы (в данном
вается к наблюдателю определен- случае электрона) в магнитном поле. Оригинальная статья: Discovery
ным образом. Объект, исследо- На этой частоте может наблюдаться of a Pulse-phase-transient Cyclotron
ванный учеными, приоткрывает либо избыток излучения, либо избыток Line in the X-Ray pulsar GRO
«окно» к внутреннему строению поглощения, который позволяет изме- J2058+42; S. Molkov et al.; The
магнитного поля нейтронной рять магнитные поля. Astrophysical Journal Letters,
September 2019.
звезды только на определенной
фазе вращения.
Иллюстрация @tsarcyanide

СБОКУ ПРИПЕКА
В энергетических спектрах источ-
ника была обнаружена линия ци-
клотронного поглощения, дающая
возможность однозначно опреде-
лить напряженность магнитного
поля в месте ее образования. Само
по себе это не ново. Уникальность
сделанного открытия состоит
в том, что спектральная особен-
ность проявляет себя только тогда,
когда нейтронная звезда поверну-
та к наблюдателю определенным
образом.

17

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

18

авно ли вы задавали себе вопрос «кто я»? Герои на-
шего проекта однозначно отвечают на него:
«Я — ученый». Уже студенческие работы этих ребят
становились частью публикаций, выходивших в са-
мых престижных научных журналах, а кандидатские диссерта-
ции стали заделом для новых областей знания. Они проводят
исследования в одной из самых передовых и молодых наук —
науке о двумерных материалах. Их работа в лабораториях
сегодня определяет наше технологическое будущее завтра.
На базе сделанных ими открытий уже лет через пять-десять
будут работать гаджеты нового поколения. То, что рассказы-
вают ребята о возможностях материалов и явлений, которые
они исследуют, для нас звучит как фантастика, для них же это
ежедневные эксперименты и расчеты.
Познакомившись с этими учеными, понимаешь: это о них
писал в своей книге «Неизбежно. 12 технологических трен-
дов» известный футуролог Кевин Келли: «Чудесные изобре-
тения ждут своего часа, когда сумасшедшие мечтатели с под-
ходом “никто не говорил мне, что это невозможно” начнут
срывать низко висящие плоды». Таковы они, герои нашего
времени — молодые ученые.

Татьяна Небольсина

19

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

Дмитрий
СВИНЦОВ,

31 год, руководитель
лаборатории оптоэлектроники
двумерных материалов МФТИ.

20

О НАУЧНОЙ КАРЬЕРЕ ЧТО ЗАЖИГАЕТ
Фундаментальной физикой я начал заниматься только Всегда нравится и мотивирует, когда осознаешь, что
на пятом курсе. До этого мы делали газоанализатор. твоих старых знаний не хватает, чтобы описать ре-
Это была такая сурово прикладная работа. Потом стало альность — описать то, что ты видишь. Когда ты ожи-
с трудом получаться — подумал, что не мое, и позна- даешь, что в изучаемом приборе электроны потекут в
комился с одним теоретиком, который стал моим на- одну сторону, а они текут в другую. Что они будут течь
учным руководителем, — это Владимир Владимирович в виде постоянного тока, а они совершают колебатель-
Вьюрков. Он и я работали в Физико-технологическом ное движение... Все неизвестное, необычное, загадоч-
институте академии наук. Мы занимались расчетами ное и людям не поддающееся является вызовом.
новых типов транзисторов на основе графена, разра-
ботали гидродинамическую теорию для транспорта ФРОНТИР
электронов и дырок в графене. Года через полтора Есть две подобласти, которыми мы активно занима-
после окончания института я защитил кандидатскую емся. Это область «оптическая» и область «электрон-
диссертацию по электронным транспортным свой- ная». Наша лаборатория называется «оптоэлектрони-
ствам графена. Тогда я не придавал нашим результа- ки двумерных материалов». Она совмещает оптику и
там большого значения: казалось, это такие прими- электронику, свет и электрический ток.
тивные модели, которые где-то работают, а много где
неприменимы. А потом, в 2016 году, через четыре года В области электроники сейчас происходит серьезное
после защиты течение электронов, подобное реальной переосмысление того, как электроны текут в метал-
вязкой жидкости, в графене было обнаружено экспе- лах и полупроводниках. Сначала физики усложняли
риментально. Наверное, это было одно из основных модели, переходили от классических, где электроны
достижений того времени. текут подобно жидкости или потоку частиц газа по
трубе, к квантовым. А сейчас происходит некоторый,
Потом был проект по терагерцовой лазерной гене- как может показаться, шаг назад — переход снова к
рации в графене. Он активно велся в Японии, в уни- классическим моделям и к уравнениям гидродинами-
верситете Тохоку. С точки зрения развития, с точки ки для описания этого движения. Новые эксперименты
зрения научного роста как физика-теоретика для меня показывают, что электроны зачастую текут подобно
это было одно из лучших времен. Как раз тогда мне вязкой жидкости. Большим вызовом для ученых явля-
удалось узнать много новых методов, которые потом ется вопрос, как породнить квантовые и классические
нашли применение в работе. языки для описания подобного движения.

Параллельно я пришел работать в лабораторию нано- Что касается оптоэлектроники, то это очень практи-
оптики и плазмоники МФТИ к Алексею Арсенину и Ва- ческая наука. И здесь тоже есть вызов — необходимо
лентину Волкову по программе постдоков. А в 2016 году закрыть последние «белые пятна» на шкале электро-
я уже подался на конкурс по созданию молодежных магнитных излучений, где не работают существующие
лабораторий на Физтехе и выиграл. В лаборатории мы источники излучения, а также создать высокочувстви-
более активно стали заниматься плазмонами — новым тельные фотодетекторы для этих диапазонов.
типом квазичастиц (также можно сказать — волн), ко-
торые более компактны, чем фотоны. Благодаря им А ЕСЛИ...
можно увеличивать и чувствительность детекторов, Чем я еще хотел бы заниматься? А может быть, даже
и эффективность генераторов излучения. Эта область и буду заниматься — это квантовая электродинамика.
науки сейчас очень активно развивается. Например, Довольно давно известно, что вакуум в строгом физи-
с начала 2018 года мы проводим совместные работы ческом смысле является не пустым. В нем постоянно
с Университетом Манчестера по практическому вопло- рождаются на короткое время электрон-позитронные
щению плазмонно-резонансных детекторов терагерцо- пары, возникают и исчезают виртуальные фотоны.
вого излучения на основе графена. И оказывается, что эти вакуумные колебания могут
сильно влиять на наблюдаемые величины, даже на ход
химических реакций и на фазовые переходы. Кажется
удивительным, что некоторые физические явления
возникают из-за взаимодействия с пустотой. Вроде бы,
пустота — она по определению пуста. А из-за того, что
она чуть-чуть колышется, может меняться реальный
мир. Это завораживает.

21

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

НАЧАЛО где объединяются люди из разных лабораторий и даже
Я окончил МИФИ по специальности «физика конден- институтов.
сированного состояния» в 2009 году и с этого момента
отсчитываю начало своей научной карьеры. Во время С 2014 года я занимаюсь этим направлением, актив-
учебы я проходил практику в Институте сверхвысоко- но его развиваю, сейчас уже в качестве заместителя
частотной полупроводниковой электроники РАН. И директора института по научной работе.
мне очень понравились задачи, которые там решают.
Один из создателей института — это Жорес Иванович ВСЕ В ДЕЛО
Алферов, нобелевский лауреат. Так или иначе, физика Существует несколько направлений, где уже есть боль-
твердого тела, гетероструктуры Алферова и наноэлек- шие наработки по внедрению. Первое — это биомеди-
троника, которой занимается институт, — все это вме- цина. Потому что уже сейчас создано много различных
сте дало синергетический эффект, — после окончания устройств, например, томографы нового поколения.
аспирантуры я решил пойти туда работать. Почему — потому что большая длина волны дает луч-
шее пространственное разрешение. Плюс терагерцо-
МОНЕТИЗИРОВАТЬ ФИЗИКУ вое излучение, в отличие от рентгеновского, неио-
Институт наш изначально создавался как фактически низирующее, или неинвазивное: оно не разрушает
единственный в стране центр, который занимается биологические ткани, не оказывает какого-то негатив-
наноэлектроникой, то есть разрабатывает монолит- ного воздействия на человеческий организм.
ные интегральные схемы и, в том числе, транзисторы
с высокой подвижностью электронов в канале, кото- Второе направление — это досмотровые системы
рые сейчас используются очень массово, например, в безопасности, то есть то, что может использоваться в
смартфонах. местах массового скопления людей: в аэропортах, на
стадионах. Сейчас проблема упирается в цены.
У нас замечательная технологическая база. И мы
подумали: как (давайте употреблю страшное слово) Эти два больших направления связаны с развитием
монетизировать, а на самом деле — как мы можем терагерцового излучения.
кооперировать с какими-то организациями и кому
можем быть полезны? Мы занимаемся элементной базой — создаем но-
вые материалы, делаем фотопроводящие источни-
В настоящий момент одно из наших ключевых на- ки и детекторы. Сейчас мы с коллегами из Института
правлений — это создание источников и детекторов общей физики им. А. М. Прохорова РАН поставили
терагерцового излучения. Примерно на рубеже 2013 перед собой амбициозную задачу — сделать первый
и 2014 годов мы начали активно развивать данное российский импульсный терагерцовый спектрометр
направление в нашем институте, а в прошлом году у на основе полностью отечественной элементной базы.
нас появилась лаборатория двумерных материалов и В этом вопросе мы в России отстаем лет на 15–20.
наноустройств совместно с МФТИ под руководством
Виктора Рыжия, члена-корреспондента РАН. У нас хо- Есть еще одно очень интересное направление по
рошая технологическая база, а Физтех дает хороших созданию квантово-каскадного лазера терагерцо-
физиков, с мозгами. Такая кооперация уже имеет от- вого диапазона. Его в свое время инициировал Жо-
личный эффект. В рамках сотрудничества с МФТИ мы рес Алферов. Инфракрасный лазер уже существует,
предложили поляризационно-чувствительный ТГц- а вот с терагерцовыми было огромное отставание
детектор на основе довольно уникальной структуры, от мира. Мы в кооперации с рядом институтов и
которая была сделана в ИСВЧПЭ РАН. вузов этот разрыв преодолели — сделали первый
отечественный терагерцовый квантово-каскадный
Наша команда поставила себе амбициозную задачу: лазер. Применение у него очень широкое, от биоме-
мы будем в России делать источники и детекторы на дицины до астрофизики. Сейчас наша цель — сде-
основе новых и активно используемых полупроводни- лать терагерцовый лазер для спектроскопии. Пока
ковых материалов. Задача крупная, междисциплинар- слишком много сил, ресурсов и времени требуется
ная, для ее решения мы создаем проектные группы, для изготовления одного экземпляра.

22 Я глубоко убежден, что физика должна себя монети-
зировать в любом случае, нельзя быть оторванным от
технологии, от прикладного применения.

ДМИТРИЙ
Пономарев,

33 года, заместитель директора по на-
учной работе Института сверхвысокоча-
стотной полупроводниковой электроники
имени В. Г. Мокерова РАН, ведущий науч-
ный сотрудник лаборатории двумерных
материалов и наноустройств МФТИ.

23

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

24

ОЛЕСЯ ла молодежный грант и проработала несколько лет.
Потом появилась вакансия на Физтехе, куда я прошла
Капитанова, по конкурсу. Это лаборатория по созданию аркти-
ческих аккумуляторов, которые будут работать при
31 год, старший научный сотрудник низких температурах. Меня позвали как специалиста
лаборатории накопителей энергии в области углеродных материалов. Не все электродные
Института арктических технологий МФТИ, материалы, которые используются в аккумуляторах,
младший научный сотрудник хорошо проводящие, многие из них — диэлектрики,
химического факультета МГУ. и для эффективного протекания электрохимиче-
ских реакций нужно создать проводящую матрицу.
НАЧАЛО Применение графеноподобных материалов вместо
Я училась в МГУ, на факультете наук о материалах. используемой сегодня сажи позволит существенно
На старших курсах нас отправляли на стажировки за улучшить удельные показатели аккумуляторов. Я буду
границу. Меня распределили в Сеул, в Квантовый по- заниматься созданием электрохимических систем с
лупроводниковый Исследовательский центр физиче- высокими удельными емкостью и мощностью, а также
ского факультета Университета Донгук, в лабораторию, систем, работающих при низких температурах.
исследующую двумерные материалы для их дальней-
шего применения в электронике. Там я поняла, что К ТЕХНОЛОГИЯМ
хочу работать в этом новом направлении. В результате Разговоров об уникальных свойствах графеноподоб-
магистерская и кандидатская работы были выполнены ных материалов много, и возникает закономерный во-
в МГУ и Донгуке и посвящены синтезу и изучению прос: где же их применение? Мне кажется, на сегодня
физико-химических свойств графеноподобных ма- наука и технология дошли до такого уровня, что можно
териалов. внедрять двумерные материалы. Крупные корпора-
ции, например, Samsung, LG, Nissan и многие другие
В Корею меня пригласили как химика. Во время своей пишут, что используют графен и его производные в
первой стажировки я синтезировала окисленный гра- аккумуляторах, в дисплеях. Однако почему до сих пор
фен, а потом освоила литографию для изготовления их не применяют массово? Оказывается, очень сложно
структур на его основе и методы изучения их элек- получить материал в большом количестве с контроли-
трофизических свойств. В ходе экспериментов выяс- руемыми размером частиц, содержанием дефектов,
нилось, что при приложении электрического поля в заданного состава. А если говорить об использовании
этом материале нелинейно изменяется электрическая графена в технологиях, при создании, например, акку-
проводимость, — структура обратимо меняла свое со- муляторов или чернил, то качество материалов должно
противление на три и более порядка. Возможность быть стандартизовано. Я читала интересный обзор
контролировать несколько резистивных состояний этого года в Nature Materials, в котором приведены
в оксиде графена открывает возможности хранения характеристики коммерчески доступных графенопо-
более одного бита на ячейку памяти. Моя диссерта- добных продуктов в Южной Корее, Америке и Китае.
ция была посвящена разработке методов формирова- Несмотря на одинаковое название, свойства — разные.
ния структур на основе оксида графена с резистивным Как материал с одним и тем же названием может об-
переключением — мемристоров. В последние годы ин- ладать разными свойствами? Для воспроизводимости
терес к этому очень возрос в связи с необходимостью свойств материала от производителя к производителю
разработки новых технологий для обработки больших и даже от партии к партии нужна стандартизация каж-
объемов информации. Оказалось, что не только окис- дого из материалов. Но это не так просто.
ленный графен, а еще двумерный материал дисульфид
молибдена демонстрирует такой эффект. К сожале- ДВУМЕРНЫЕ ВОЛШЕБНЫЕ...
нию, в России мне пришлось приостановить эту рабо- В Корее я видела впечатляющие презентации о том,
ту, потому что нужно специальное оборудование для как в глаз вживляют двумерную мембрану, человек
проведения исследований в данной области. моргает — и благодаря встроенному устройству фото-
графирует этим глазом, сканирует все вокруг. На се-
СЕГОДНЯ годняшний день такие идеи кажутся далекими от
Дальше встал вопрос, оставаться в России или уез- реального применения. Если двумерные материалы
жать? Я подумала, что стоит сначала попробовать действительно биосовместимы с человеческим орга-
продолжить научную карьеру здесь, и осталась рабо- низмом, если устройства на их основе способны улуч-
тать научным сотрудником в университете. Получи- шить физические способности организма, ускорить
процессы обработки информации, защитить глаз от
электромагнитного излучения — мне такое направле-
ние кажется очень увлекательным.

25

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ дачи. Например, нам надо было сделать эффектив-
ный плазмонный волновод из меди. От геометрии
П осле школы я поступил на факультет физиче- структуры и свойств металлической пленки зависят
ской и квантовой электроники МФТИ. С четвер- характеристики — длина пробега оптического сигнала
того курса пошел сначала на кафедру фотоники, но и «сжатие» поля этой волны. Обычно в качестве метал-
потом перевелся на кафедру нанометрологии — там ла берут золото, мы решили вместо него использовать
была уникальная возможность научиться работать медь: ее проще напылять, и она дешевле. Но проблема
на оборудовании, диагностирующем наноструктуры меди в том, что она окисляется, поэтому мы приду-
и наноматериалы, понять, как создавать и анализи- мали способ, как избежать этого влияния. В целом, и
ровать нанообъекты и какими методами измерять их другие эксперименты с пленками меди — как, напри-
свойства. Будучи студентом, мне удалось получить мер, медный плазмонный биосенсор — показали ее
интересные результаты по оптическим свойствам успешное использование.
тонких пленок в лаборатории нанооптики и плаз-
моники МФТИ. Потом вместе с руководителем мы К 2D-МАТЕРИАЛАМ
решили, что их можно публиковать, и увидели про- Сейчас мы в лаборатории перешли на тематику, боль-
должение этой работы. То есть после диплома у меня ше связанную с 2D-материалами. Инициатором этого
уже была почти готова хорошая публикация. А даль- направления в МФТИ изначально является Алексей
ше я просто остался в своей лаборатории. Мне было Арсенин. 2D-материалы есть совершенно разные,
интересно работать с теми же людьми, было понят- не только всем уже известный графен, но и еще ди-
но, что лаборатория и ее направления исследований халькогениды переходных металлов (MoS2, WSe2 и
перспективные, к тому же есть возможность работать другие), которые тоже способны демонстрировать
с коллегами из иностранных центров. После маги- стабильный монослой и уникальные физические свой-
стратуры поступил в аспирантуру МФТИ, сейчас ее ства. Самое сложное — правильно измерить эти свой-
заканчиваю и защищаю диссертацию. Поэтому пока ства, так как толщина материала — буквально один или
рано говорить о какой-то сложившейся научной ка- несколько атомов. Для исследования 2D-материалов
рьере. Возможно, после этого она и начнется. можно использовать примерно те же методы, которые
используются и для обычных пленок, — тоже тонких.
ЭКСПЕРИМЕНТЫ Особенность в том, что там могут быть совершенно
Тема моей диссертации посвящена взаимосвязи новые и неизвестные ранее зависимости. Как раз в
оптических, электрических и структурных свойств этом и состоит фундаментальная наука: суметь уви-
тонких металлических пленок и созданию на их ос- деть какой-то новый материал или новые свойства у
нове плазмонных наноустройств. Для того, чтобы это известного и первыми их исследовать.
исследовать, нужно проделать очень много рутинной
экспериментальной работы, а потом все обобщить БЛИЖНЕПОЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ
и выдать результат. Самый полезный прибор на ко- Дальше я бы хотел углубиться в направление ближне-
тором я работаю, — это эллипсометр. На нем можно польной микроскопии. У нас в лаборатории несколько
измерять оптические свойства почти любых отра- лет назад появился еще один микроскоп уникального
жающих материалов. В моем случае это тонкие ме- типа, с помощью которого можно получать макси-
таллические пленки. Второй прибор — это установка мально хорошее разрешение ближнего поля и изме-
электронно-лучевого испарения в вакууме. Это такой рять фазу. Ближнепольным микроскопом можно визу-
большой «шкаф» с вакуумной камерой, в которой ра- ализировать очень интересные оптические эффекты.
зогнанный электронный пучок испаряет твердый ма- Например, недавно в МФТИ была лекция Дмитрия
териал. Далее его частицы летят на подложку, и по- Басова из Колумбийского университета про програм-
лучается пленка. Еще — атомно-силовой микроскоп, мируемые квантовые материалы, и как раз такие ми-
с помощью него можно изучить структуру пленки и кроскопы они используют. Хотелось бы более глубоко
померить толщину, и сканирующий ближнепольный разобраться в микроскопии как с точки зрения теории,
оптический микроскоп с разрешением, преодолева- так и с точки зрения эксперимента, чтобы мне любую
ющим дифракционный предел. структуру дали, а я мог ее померить. Раньше, напри-
мер, создавали новые стали, исследовали их свойства
В плазмонике мы создаем слоистые структуры, в и делали справочники, а мы исследуем новые нано-
которых нужно подобрать и толщину металлической материалы!
пленки, и толщину диэлектрика в зависимости от за-

26

Дмитрий

ЯКУБОВСКИЙ,

28 лет, научный сотрудник лаборатории
нанооптики и плазмоники, ассистент
кафедры общей физики МФТИ.

27

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

Глеб

ЦЕЛИКОВ,

32 года, научный сотрудник
лаборатории нанооптики
и плазмоники МФТИ.

28

ПО СТОПАМ БИОСЕНСОРЫ
По окончании школы я решил пойти по стопам отца. Вернувшись из Франции, в поисках финансирова-
Он окончил физфак МГУ, и я поступил туда же. При ния я поучаствовал в нескольких конкурсах, про-
распределении по кафедрам мне показалось очень водимых в России. Один из них — это конкурс по
перспективным направление, связанное с оптикой отбору ученых, имеющих опыт работы за рубежом,
наноструктур. Поэтому я выбрал кафедру общей фи- в рамках Проекта 5-100 в МФТИ. Также я принял
зики и молекулярной электроники физфака МГУ. Там участие в молодежном конкурсе Президентской
занимался оптическими свойствами квантовых точек программы исследовательских проектов, проводи-
под руководством профессора Виктора Тимошенко. мом РНФ. Получив грантовую поддержку по резуль-
Сразу после окончания обучения я поступил в аспи- татам обоих конкурсов, я оказался в лаборатории
рантуру физфака, защитился в 2013 году. Кандидат- нанооптики и плазмоники МФТИ.
ская диссертация была посвящена теории влияния
примесей и молекулярного окружения на оптические Сейчас я руковожу проектом по разработке сверх-
свойства квантовых точек селенида кадмия. Кванто- чувствительного биосенсора для детектирования
вые точки — это такие полупроводниковые наноча- онкозаболеваний на самой ранней стадии. Работу
стицы размером до 10 нм, которые обладают очень над этим проектом я начал в сентябре этого года,
яркими люминесцентными свойствами. после переезда из Франции. За это время были
проведены некоторые предварительные экспери-
МАРСЕЛЬ менты, и есть понимание, куда двигаться дальше,
После аспирантуры я устроился на работу в Курча- какие материалы нужно применять. Концепция
товский институт, с которым тесно сотрудничала биосенсора с одной стороны базируется на тех на-
моя кафедра. Там занимался разработкой и изу- работках, которые были получены в Марселе, с
чением мемристоров под руководством Вячеслава другой — использует опыт лаборатории Физтеха в
Дёмина. Мемристоры — это устройства, принцип исследовании двумерных материалов.
функционирования которых подобен работе си-
наптических связей между нейронами головного Стоит отметить, что те сенсоры, которые сейчас
мозга. Через несколько лет мой научный руково- коммерчески используются для детектирования био-
дитель предложил мне поехать в Марсель на 4 года, аналитов, в основном работают на эффекте поверх-
продолжить работу там в качестве постдока. Он по- ностного плазмонного резонанса, который имеет
рекомендовал мне позицию в группе под руковод- ряд ограничений по чувствительности. Своей раз-
ством профессора Андрея Кабашина в лаборатории работкой мы планируем поднять этот показатель
LP3 университета Экс-Марсель, которая является на несколько порядков. Уникальность нашего под-
одной из ведущих оптических лабораторий Фран- хода состоит в том, что в рамках одной системы мы
ции и занимается применением лазеров для реше- можем объединить и двумерные материалы, и так
ния широкого спектра задач. называемые метаматериалы, например, массивы
плазмонных наночастиц разной архитектуры.
Работа в Марселе дала очень большой толчок для
развития, сильно продвинула меня в понимании вза- ПЕРСПЕКТИВЫ
имодействия ультракоротких лазерных импульсов с В настоящее время есть важнейшая задача по
веществом. Я получил много навыков по работе с со- увеличению средней продолжительности жизни.
временным оборудованием, приобрел опыт участия В связи с этим одно из самых перспективных при-
в больших междисциплинарных проектах, выпол- менений нанотехнологий, по моему мнению, со-
няемых одновременно коллегами из разных стран. стоит в их бионаправленности. Как пример, это
Это дало глобальное представление о том, как функ- может быть адресная доставка лекарств, когда
ционирует современная междисциплинарная наука, наночастицы используются в качестве биоразлагае-
в том числе та ее часть, которая занимается биоме- мых наноконтейнеров. Также стоит отметить очень
дицинским применением лазеров и наносистем для активно развивающееся направление тераностики
лечения и выявления разного рода заболеваний. (терапия плюс диагностика), когда используются
уникальные оптические свойства наночастиц для
одновременной визуализации опухоли и ее унич-
тожения посредством, например, нагрева.

Если говорить о глобальных целях, то мне бы
очень хотелось вылечить рак. Я уверен, что дости-
жение этой цели находится в области мультидисци-
плинарного взаимодействия. Для этого необходима
тесная коллаборация между физиками, химиками,
биологами и медиками.

29

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ Ф Вячеслав Мещеринов

ГРА ЕН
И ПОСЛЕ НЕГО

Графен, по мнению Константина Новосёлова, — лучший проводник
тока и тепла с самой высокой подвижностью электронов. На иссле-
дование этого материала Европейским союзом уже было выделено
несколько миллиардов евро. В перспективе графен сможет заменить
многие используемые сегодня материалы и открыть совершенно но-
вые приложения. Но фундаментальная цель, стоящая сегодня перед ис-
следователями, — создание для каждой задачи уникального по своим

характеристикам материала с нуля, выращивая его атом за атомом
или слой за слоем, используя разные химические элемен-
ты. О будущем двумерных материалов мы погово-
рили с участниками Международного кон-
гресса по графену, 2D-материалам
и их приложениям в Сочи,
организованно-
го МФТИ.

«П очему жете управлять
2D-матери- процессами, про-
алы так популярны? исходящими глубоко
Я думаю, что одна из при- внутри него, имея доступ к
чин в том, что они представляют его поверхности. Двумерный ма-
интересное сочетание новых физиче- териал же весь перед вами, как лист
ских явлений и потенциальных примене- бумаги. Вы можете дотянуться до каждой
ний. Другая причина в том, что это совершенно его точки, можете влиять на свойства каждо-
новая материальная база: существуют сотни го атома в двумерном материале просто из-за
различных 2D-материалов, вы можете ком- геометрии.
бинировать их, выбирая на свое усмотрение «Благодаря фундаментальной работе, про-
тип материала, изменяя угол между ними», — деланной Геймом и Новосёловым, во вре-
размышляет руководитель исследовательской мя которой они получили и начали изучать
группы в Каталонском институте нанонаук и графен, мы узнали, что можно модулировать
нанотехнологий (Испания) Клаас-Ян Тиелрой. плотность носителей заряда в металлической
Двумерные материалы обладают удивитель- системе. Это был шок! Потом люди поняли,
ными свойствами: то, что вы можете увидеть что электроны в графене ведут себя словно
один слой графена на просвет, само по себе безмассовые электроны в вакууме. Удиви-
уникально. Он обладает хорошей проводимо- тельный результат для теоретиков. У ученых
стью, механически стабилен. Благодаря дву- появилась возможность проверить многие
мерности им очень легко управлять. Ведь чтобы теоретические предсказания, которые были
управлять чем-то, нужно находиться на ми- сделаны еще в 1930-х годах», — вспоминает
нимальном расстоянии от объекта. Если у вас профессор Института материалов Арагона
имеется трехмерное твердое тело, вы не смо- (Испания) Луис Мартин-Морено.

30

КРИЗИС ГРАФЕНА интерес представляет двухслойный графен, у
Если какое-то открытие производит фурор, которого слои повернуты друг относительно
создает новую область науки, ученые массово друга, а также различные наноструктуры из
начинают работать в этой сфере, объем знания графена. В мировой науке на первый план вы-
быстро растет. Все самое масштабное достает- ходит и большое количество других экзотиче-
ся первопроходцам, затем в какой-то момент ских двумерных материалов. К ним относятся
волна интереса проходит. И эта новая область материалы, которые обладают интересными
начинает медленно и рутинно продвигаться магнитными свойствами: ферромагнетики и
вперед сотнями ученых — так же, как и многие антиферромагнетики. Исследуют и оптически
другие. Так было со многими открытиями. Гра- активные двумерные перовскиты, хотя с ними
фен сейчас менее популярен, потому что физи- гораздо сложнее работать», — рассказывает на-
ка чистого графена уже хорошо известна, фун- учный сотрудник лаборатории нанооптики и
даментальных задач осталось не очень много, и плазмоники МФТИ Юрий Стебунов.
люди больше задумываются о его применении.
Если же ученые ищут новой интересной физи- Для двух слоев графена, слегка повернутых
ки, привыкнув жить в плоском мире, они обра- относительно друг друга, уже продемонстри-
рована сверхпроводимость при низкой темпе-
щаются к другим двумерным материалам. ратуре. Это интересный способ получать
«Свойства однослойного графена кристаллические структуры с новыми
уже достаточно хорошо изуче- свойствами. Набор кристаллов в
ны, хотя в этой области все природе ограничен, так же
еще выходят редкие появляется возможность
интересные рабо- создания новых
ты. Сейчас же кристаллов.

ПРЯМАЯ РЕЧЬ «Свойства гра-
фена очень интерес-
Алексей Кузьменко, старший ны для науки, и мы долж-
научный сотрудник лаборатории ны продолжать их исследовать.
оптики и роста кристаллов Университета Графен открыл для нас возможность
Женевы (Швейцария), выпускник МФТИ: изучать другие двумерные материалы,
— Для нас графен сам по себе — материал, ко- которые также обладают весьма интересными
торый обладает таким интересным свойством, как свойствами и могут быть применены в ближай-
релятивистская структура электронных уровней. шем будущем. В конечном итоге мы дойдем до
Это дает новые магнитооптические свойства, напри- того, что сможем изготавливать высококаче-
мер, очень сильное магнитооптическое поглощение, ственный графен и 2D-материалы и внедрим
которое может быть свойственно только системам их в производство. Думаю, будущее двумерных
типа графена. Осталось много нерешенных вопросов, материалов обещает быть ярким!» — уверен про-
мы будем продолжать этим заниматься, пытаться фессор материаловедения Кембриджского уни-
делать структуры, которые состоят из графена и дру- верситета (Великобритания) Маниш Чховалла.
гих соединений, делать периодические структуры — Люди переключаются на другие соединения,
фотонные кристаллы. и количество тех, кто занимается непосред-
ственно графеном, уменьшается, хотя интерес
ШИРЕ, ЧЕМ ГРАФЕН к нему по-прежнему большой. Графен исполь-
Графен привлек внимание людей к возможно- зуется как составная часть систем из большого
сти получения других 2D-материалов. Теперь числа двумерных материалов, например, в ге-
уже существуют двумерные сверхпроводники, тероструктурах.
полупроводники, металлические материалы, Постепенно перестает представлять значи-
магнитные материалы, и все их можно комби- тельный интерес для широких масс ученых
нировать друг с другом.
31

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

ПРЯМАЯ РЕЧЬ КСТАТИ

Мария Асенсио, профессор Мадридского институ- При уменьшении размерности с трех
та материаловедения (ICMM) при Высшем совете до двух возникает совершенно новая фи-
по научным исследованиям Испании (CSIC): зика, которая проявляет себя, например,
— Меня в первую очередь интересует описание в возникновении квантового эффекта
экзотических и неожиданных свойств новых низко- Холла. В одномерных системах взаимо-
размерных материалов. На самом деле это старые действие между частицами — в данном
материалы, но при уменьшении размерности — ко- случае электронами — намного сильнее,
личества атомных слоев — мы видим, как поведение потому что в одномерном простран-
вещества резко меняется и появляются интересные стве электроны, сближаясь, вынуждены
свойства. Наша цель — найти альтернативные взаимодействовать друг с другом. В трех
«умные» материалы, которые смогут измерениях или в двух это не обязатель-
делать то же самое, что привычные
нам кремний, углерод и другие ное условие. Поэтому к одномерным
материалы, только еще системам ученые проявляют тоже
лучше, быстрее и де- очень много интереса, и есть
шевле. теории, которые предска-
зывают крайне нео-
и изучение бычные явления
отдельных дву- в одномерных
мерных материалов. материа-
Ученые стали пытаться со- лах.
единять разные 2D-материалы,
что требует точного позициониро- териалов к од-
вания одного слоя относительно другого. номерным, можно
И так, слой за слоем создаются сложные струк- лишь гадать.
туры, напоминающие сэндвич. Используя такие
двумерные кирпичики, можно получить трехмер- Одномерные материалы
ный материал, которого никогда не существова- обладают совсем другими свой-
ло в природе. Однако, помещая один слой атомов ствами, да и просто непривычны для
поверх другого, нужно выдерживать расстояния человека, в отличие от двумерных или трех-
между атомами в разных слоях одинаковыми. Не- мерных. «Мы над этим уже работаем: делаем од-
возможно соединить атом углерода с атомом меди, номерные кристаллы из атомов углерода — карби-
но в случае с двумерными материалами можно ны. Карбин — это просто цепочка, бусы из атомов
поместить один материал поверх другого за счет углерода. В вакууме они скручиваются, их очень
ван-дер-ваальсовых сил, обеспечивающих притя- сложно растить длинными и прямыми, но мы их
жение между слоями атомов. стабилизируем золотыми наночастицами и уже
Разнообразие материалов, которые можно получили первую прямую цепочку длиной в не-
создать таким образом, невероятно обширно. сколько десятков атомов. Эта цепочка — полупро-
Эта идея — революция в дизайне материалов, и водник, она излучает желтый или оранжевый свет,
именно поэтому на эту тему так много исследова- даже содержит экситоны. Это очень интересный
ний. Однако работа ученого — изучение природы, объект», — рассказывает директор Международ-
поиск новых явлений. Естественно, на их основе ного центра поляритоники университета Вестлейк
потом можно создать технологии, но это совершен- в Китае, профессор университета Саутгемптона,
но независимый процесс. руководитель лаборатории оптики спина в Петер-
бургском государственном университете и группы
ЧТО ДАЛЬШЕ? квантовой поляритоники в Российском квантовом
Скоро появятся одномерные кристаллы, и такой же центре Алексей Кавокин.
фурор произведут они. Переход от трехмерных к
двумерным кристаллам вызвал 200 тысяч научных Сложно в точности предсказать дальнейшее раз-
публикаций. Сколько интересных исследований витие физики двумерных, а позже и одномерных
будет проводиться при переходе от двумерных ма- материалов. Скорее всего, это направление будет
все более рутинно развиваться все большим числом
32 ученых по всему миру, пока не приведет к каким-то
удивительным приложениям. Многие фундамен-
тальные открытия десятилетиями ждали готов-
ности технологий для своего применения. Время
покажет. Но совершенно точно, что интерес к этой
теме не будет спадать еще долго.

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

ГРАНИЦЫ

применимости

Вячеслав Мещеринов

С выхода статьи Андрея Гейма
и Константина Новосёлова

«Electric Field Effect in Atomically
Thin Carbon Films» в журнале

Science, благодаря которой им
была присуждена Нобелевская

премия по физике 2010 года,
прошло 15 лет. За это время
процессоры прошли путь
от 90-нанометрового
технологического процесса
до 7-нанометрового, уже

практически достигнув своего
предела производительности.
Мир покрылся беспроводным
доступом к интернету, успели
смениться лидеры и аутсайдеры
технологической гонки среди

компаний. Даже модель
общения между людьми за эти

15 лет успела измениться:
сложно представить жизнь без

мессенджеров и социальных
сетей. Для человека 15 лет —
немалая часть жизни. Но что такое
15 лет для совершенно нового

типа материалов?

33

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

аука и техно- экспериментов дело так и не по- СВЕТ В КОНЦЕ ТОННЕЛЯ
логический шло. «Некоторые люди считают, что эпо-
мир устроены ха графена уже подошла к концу.
по-разному. Нужно понимать, что внедрени- Причина, по которой они так гово-
Наука не  мо- ем новых технологий занимается рят, заключается в том, что они не
жет прино- бизнес. Но он не всегда заинтере- могут представить, какие устрой-
сить прибыль сован в этом, особенно если не- ства вы можете создать из графе-
здесь и сей- задолго до этого инвестировал в на. Так что я думаю, что это толь-
час, а бизнес другие технологии, пусть даже ме- ко начало», — полагает профессор
должен. На научные изыскания ред- нее передовые. И так будет всегда: материаловедения Кембриджского
ко выделяют такое финансирование, какие-то новации пойдут в массы, университета Маниш Чховалла.
какое может потратить крупная а чему-то по разным причинам не
компания, например, на строитель- суждено уйти дальше лаборатор- Приложения двумерных мате-
ство нового завода, считая, что эти ных исследований. риалов будут связаны со смягче-
вложения оправдаются за считан- нием последствий глобального
ные месяцы. Научная деятельность Графен уже вышел в технологиче- потепления и изменения климата.
финансируется в большинстве слу- ские приложения, но многие из них Правительство Великобритании
чаев из средств налогоплательщи- довольно экзотичны. Как и многие приняло решение, что к 2050 году
ков, поэтому финансовая пропасть новые материалы, графен стал ис- экономика страны придет к нуле-
между научно-исследова- пользоваться в композитах, на его вым выбросам углекислого газа.
тельской группой и основе создали часы за миллион Идея заключается в том, что они
крупной технологи- перестанут вносить свой вклад
ческой компани- евро, он используется для об- в глобальное потепление. И для
ей колоссальна. легчения спорткаров и того, чтобы это произошло, долж-
охлаждения смарт- ны появиться новые источники
Самый легкий фонов. энергии: новые фотогальваниче-
в мире хронограф Вопрос в том, ские элементы, чистое производ-
сколько време- ство водорода.
на основе гра- ни потребует-
фена разрабо- ся, пре- Чистый газообразный водород
тали Университет жде чем чрезвычайно эффективен для сжи-
Манчестера в со- на рынке гания и не образует углекислый газ.
трудничестве с ча- появятся Но для получения водорода нужны
совым брендом Richard действи- каталитические материалы, луч-
Mille и McLaren F1. Общий вес часов тельно ин- шие из которых сейчас — это бла-
RM 50-03 составляет 40 грамм, тересные городные металлы, такие как пла-
при этом они очень прочные. приложе- тина и иридий. Они очень дороги.
Стоимость — 1 млн евро ния, соз- Разумеется, индустрия не станет
данные на использовать тонны платины для
Предсказывать развитие техно- основе двумерных ма- производства водорода, потому что
логий по большому счету невоз- с экономической точки зрения это
можно. Совсем недавно была масса териалов. Например, уже не имеет смысла. Идея заключает-
статей в Science и Nature, где гово- можно получить лист графена ся в том, что некоторые двумерные
рилось, что молекулярная электро- большого размера, но для многих материалы могут эффективно ге-
ника — это будущее. Можно будет применений нужен очень качествен- нерировать водород без больших
сделать процессор, слив несколько ный монокристаллический графен, затрат. Например, с их помощью
химикатов, подождать — и молеку- и на данный момент ученые все еще можно будет для получения водо-
лы сами пойдут в заранее извест- работают над этим. Наконец, имеется рода расщеплять воду.
ные места и сформируют электри- потребность в интеграции двумерных
ческую цепь. Но дальше отдельных материалов в существующие произ- Некоторые
водственные системы. Так, создание люди считают,
графеновых устройств с химическим что эпоха графена
осаждением из газовой фазы (CVD- уже подошла
technology) уже удалось объединить с к концу
полупроводниковыми технологиями
построения интегральных микросхем
(CMOS). CVD-технология позволяет
получать графен достаточно высо-
кого качества для его применения в
электронике.

34

ПРЯМАЯ РЕЧЬ ГРАФЕН ГРАФЕНУ РОЗНЬ ДЛЯ СПРАВКИ
Сегодня можно услышать о созда-
Дмитрий Пономарев, заместитель нии в том или ином институте или Если взять историческую
директора Института сверхвысоко- R&D-отделе технологической ком- ретроспективу, первым
частотной полупроводниковой элек- пании листа графена с размерами используемым человеком
троники РАН имени В. Г. Мокерова в десятки сантиметров. Однако полупроводниковым
РАН, ведущий научный сотрудник такой графен не является моно- материалом был германий,
МФТИ: кристаллом. На границах двух моно- потом его сменил кремний,
— Я думаю, что бум двумерных мате- кристаллов в таком листе будут рас- затем пришли арсенид
риалов через какое-то время стихнет. сеиваться электроны, на них садятся галлия и полупроводниковые
Реальная работа и медийные всплески грязь и примеси, из-за чего повы- гетероструктуры, основанные
не всегда идут рука об руку. Двумер- шается чувствительность к окружа- на нем. И вот, появились
ные материалы очень разные, взять ющей среде. Такой графен хорош с двумерные материалы, которые
черный фосфор — он был известен маркетинговой точки зрения, но для обладают достаточно интересной
с начала XX века. Но сейчас это один реального применения в ряде случа- физикой: графен называют
из самых популярных двумерных ев не подойдет. Подобные громкие бесщелевым полупроводником,
материалов. С ним много проблем, на- события подливают масло в и так что в корне отличает его
пример, за несколько часов все его не- не гаснущее пламя скепсиса среди от всех полупроводниковых
обычные характеристики стремитель- многих ученых и представителей материалов, которые обладают
но падают. За три года его бдительного индустрии по поводу применимости энергетической зоной,
изучения появились разные решения, двумерных материалов в реальных запрещенной для носителей
как этого избежать. Если раньше поиск устройствах. заряда.
решения занимал 20 лет, сейчас это
будет уже 5–10 лет. Впрочем, такого подхода при- размером в 4 дюйма. Мы выращи-
держиваются отнюдь не все. Сво- ваем монокристаллы графена. И это
Сжигая любое ископаемое то- им опытом делится профессор очень важно. Мы знаем, что если
пливо, вы получаете выброс CO2. мезоскопической физики в депар- есть граница двух зерен, то она убьет
Научившись улавливать двуокись таменте микротехнологий и нано- квантовый эффект Холла. В хорошем
углерода, можно преобразовать наук Технического университета двумерном кристалле все связи на-
ее в другие соединения, такие как Чалмерс (Швеция), выпускник МФТИ сыщены, и внешнему воздействию
метанол, который может питать Сергей Кубаткин: «Мы смотрим на он практически не подвержен, если
топливный элемент. Или в метан, двумерные материалы, которые по же что-то физически адсорбируется,
который затем можно преобразо- то это легко удалить простым нагре-
вать обратно в водород. Существу- аналогии с графеном можем вырас- вом».
ет своего рода замкнутый цикл с тить на монокристалле на больших
катализом, который вы можете площадях. Это большая технологи- ДВУМЕРНАЯ
сделать, при котором выбросов ческая задача, которая должна быть ЭЛЕКТРОНИКА
углерода вовне не происходит. решена. Сейчас наш стандарт — 7х7 Размер транзи-
или 10х10 миллиметров. Но мы про- сторов в чипах,
Маниш Чховалла размышляет: буем вырастить графен на подложке установленных в
«Хотя графен очень интересен с наших смартфо-
научной точки зрения, я думаю, нах и компьюте-
что его непосредственного приме- рах, продолжает
нения стоит ждать через 25–30 лет. сокращаться, од-
Впрочем, для некоторых двумер- нако сегодня уже
ных материалов есть возможность становится оче-
скорого применения в электрони- виден грядущий
ке, катализе, накопителях энергии кризис кремни-
и тому подобном. Другая область евой электрони-
перспективного применения дву- ки. Техпроцесс
мерных материалов связана с био- создания новых
сенсорами и биосовместимыми элементов под-
электродами». ходит к своему пределу: большая
плотность упаковки транзисторов
становится невозможна. Некоторые
из существующих двумерных по-
лупроводников можно будет вне-
дрить в существующие процессы
изготовления устройств, что позво-

35

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

лит продолжать миниатюризацию КСТАТИ
электроники еще 20–25 лет.
В графене нет запрещенной зоны, поэтому он восприимчив
Микроэлектронная промышлен- к излучению в тех областях спектра, где привычные
ность очень активно инвестиру- полупроводниковые технологии не работают или работают
ет в существующие кремниевые плохо. Терагерцовое излучение хорошо поглощается
технологии. Поэтому не стоит веществом, потому что подвижность электронов в монослое
ожидать крутого перелома в этой атомов высока. В работах Гейма и Новосёлова было показано,
сфере уже завтра. Инвестиции что изолированный слой графена в вакууме поглощает
больших компаний, разрабатыва- около 2% излучения, при этом спектр поглощения очень
ющих микроэлектронику, в крем- широкий. Специальные резонансные структуры позволяют
ний сперва должны окупиться. сильно увеличить этот процент за счет сужения полосы
В настоящее время кремний яв- взаимодействия. Поглощенный свет очень эффективно
ляется наиболее изученным ма- превращается в электронную теплоту. Эффект нагрева от
териалом в мире. И никто не со- поглощения терагерцового излучения открывает возможности
бирается менять всю технологию, для обнаружения этого излучения, к тому же нагрев графеновой
потому что графен делает ком- системы влияет на поглощение терагерцового излучения.
пьютеры на 15 процентов быстрее.
Однако двумерные материалы об- чего не использовался. Но затем ласти фотоники уже достигнут
ладают такими удивительными появился новый рынок — авиация. большой прогресс: фотоприем-
свойствами, что произведенная И обнаружилось, что для авиации ники и трансиверы, модуляторы,
через 25 лет электроника будет алюминий подходит как нель- оптическая передача данных —
иметь мало общего с тем, какой зя лучше. С графеном и другими в лабораторных условиях все эти
она выпускается сегодня. двумерными материалами может элементы, основанные на двумер-
произойти нечто подобное. Веро- ных материалах, уже продемон-
«Для выхода в индустрию нужен ятно, они не заменят ничего, что стрированы.
запрос на что-то принципиально сейчас действительно работает.
новое. Например, когда откры- Но в какой-то момент в индустрии «Мы производим образцы, кото-
ли алюминий, ученые изучили может возникнуть такая совокуп- рые состоят из различных 2D-ма-
его свойства, и они оказались по ность требований к материалу, териалов, но мы не делаем устрой-
тем временам просто фантасти- что именно графен окажется наи- ства, которые могли бы продавать
ческими. Это очень легкий и ков- лучшим вариантом. Я думаю, что людям или индустрии, это все еще
кий металл, хороший проводник. очень важным фактором являет- научные инструменты, — рассказы-
Однако вскоре он оказался не ну- ся стоимость, потому что сейчас вает руководитель исследователь-
жен производству. Алюминий, ко- графен еще не достаточно дешев ской группы в Каталонском инсти-
торый казался чудо-материалом в производстве», — делится мне- туте нанонаук и нанотехнологий
для того времени, в итоге ни для нием профессор Института мате- (Испания) Клаас-Ян Тиелрой.  —
риалов Арагона (Испания) Луис Хотя в отдельных случаях мы до-
Эксперимент по облучению графе- Мартин-Морено. вольно близки к производству ре-
нового детектора в лаборатории альных приборов: совсем недавно
Физтеха ФОТОНИКА в кооперации с Баскским иссле-
Прежде всего довательским центром nanoGune
люди стали про- и Каталонским институтом иссле-
бовать применить дования фотоники ICFO мы разра-
двумерные мате- ботали терагерцевые фотоприем-
риалы при созда- ники — устройства, состоящие из
нии источников и графена, помещенного в капсулу из
приемников из- нитрида бора. В них есть металли-
лучения. Переда- ческие затворы и антенны, контак-
ча информации, ты. С их помощью можно измерять
зашифрованной терагерцевое излучение с высокой
или нет, военное чувствительностью, очень быстро
применение, си- и эффективно. Если сравнивать с
стемы двойного другими фотодетекторами, рабо-
и гражданского тающими при комнатной темпера-
назначения — все туре, то графеновые заметно луч-
завязано на этих ше, чем большинство конкурентов,
элементах. В об- по чувствительности и значитель-
но превосходят их по скорости».

36

КВАНТОВАЯ ТОЧНОСТЬ низкой Электрон-
Наша жизнь все больше зависит темпе- ная плата
от электрических датчиков. Они ратуре с сенсорным
установлены в автомобилях и са- в силь- элементом
молетах, всевозможных гадже- ное
тах, они контролируют качество магнит- ВСЕЛЕННАЯ В 2D
воздуха в наших домах, следят за ное поле, Графен может исполь-
нашим здоровьем. Эти датчики квантуется зоваться и для болометри-
делают нашу жизнь комфортнее и в долях ческих измерений, при которых
безопаснее. Чаще всего подобные h/2e, где h — падающая мощность поглощается
датчики отслеживают небольшие постоянная Планка, в графене. Это приводит к изме-
колебания сопротивления или из- а e — заряд электрона. нению температуры электронов,
меряют небольшие электрические Поскольку это сопротив- которая как раз измеряется. Малая
токи. Обеспечить их стабильную ление не зависит от матери- теплоемкость электронов прекрас-
работу помогает калибровка. ала, в резисторе, определяемом но подходит для создания эффек-
квантовым эффектом Холла, нет тивного детектора.
Такая калибровка проводится дрейфа величины сопротивления. «Мы смогли показать практи-
при помощи прецизионного про- Эти резисторы используются для ческое действие прибора, кото-
волочного резистора, который лабораторной калибровки дрей- рый называется гетеродинный
периодически проверяется на со- фующих во времени проволочных смеситель, в терагерцовых ча-
ответствие стандарту квантового резисторов, используемых, в свою стотах. И работает он так. Когда
сопротивления Холла, что гаран- очередь, для калибровки коммер- мы посылаем две терагерцовых
тирует значение сопротивления, ческих датчиков. волны с близкими частотами, воз-
определяемое комбинацией фун- никает биение, которое приводит
даментальных констант. Этот эф- Технологические компании вы- к осцилляциям температуры в
фект заключается в том, что попе- нуждены раз в полгода возвращать графене. Поскольку наш графен
речное сопротивление двумерного свои эталонные проволочные ре- достаточно быстрый, чтобы от-
газа электронов, помещенного при зисторы в лабораторию, чтобы их следить эти колебания мощно-
снова прокалибровали. Потому что сти и температуры через свое
ПРЯМАЯ РЕЧЬ невыгодно заниматься этим само- сопротивление, мы можем изме-
стоятельно. рить изменение сопротивления.
Сергей Кубаткин, профессор ме- И более того, тестовый прибор,
зоскопической физики в департа- «Для того, чтобы это квантова- основанный на графене, оказался
менте микротехнологий и нанонаук ние получилось, надо приложить быстрее и более чувствительным
Технического университета Чалмерс довольно высокие магнитные поля. по сравнению с существующими
(Швеция), выпускник МФТИ: А наш графен работает в очень ши- болометрическими смесителями,
— Мои занятия в университете опре- роком диапазоне магнитных по- которые используются, например,
деляются не пользой, а моим научным лей и прекрасно подходит для этой в спутниках, изучающих хими-
интересом. Меня интересует объект, задачи. Мы измеряем поперечное ческую композицию Вселенной.
его необычные свойства. А потом, если напряжение около вольта. Через Это позволяет создавать приборы,
эти необычные физические свойства наш образец можно пропустить которые могут построить астро-
разовьются в какое-то приложе- до 100 мА. Раньше при подобных номическое изображение в тера-
ние, я буду очень счастлив. И я уже измерениях пределом было 16 мА. герцовом диапазоне. Таких еще
счастлив, потому что вижу, как наши До появления нашей разработки пока не существует», — заключает
абстрактные исследования низкораз- на проведение одной калибровки Сергей Кубаткин.
мерных систем, которые начинались требовалось 10 тысяч литров гелия
с идеи одномолекулярного транзисто- и 3 тысячи часов труда квалифи-
ра, развились в прибор, основанный цированных сотрудников. А сей-
на абсолютно другом принципе. Он по- час можно провести калибровку
строен на эпитаксиальном графене вовсе без гелия за три дня. Наша
и будет использоваться для кали- система может быть использова-
бровки резисторов и для построения на в метрологическом институте,
электрического аналога килограмма. а может использоваться бизнесом
для самостоятельных калибровок
продукции», — объясняет Сергей
Кубаткин.

37

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

ДВУМЕРНЫЕ

Вячеслав МАТЕРИА ЛЫ
Мещеринов
В ТРЕХМЕРНОМ
1

H

34

Li Be

МИРЕ11 12

Na Mg

19 20 21 22 23 24 25 26 27

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co

37 38 39 40 41 42 43 44 45

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh

55 56 57 72 73 74 75 76 77

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir

87 88 89 104 105 106 107 108 109

Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt

38

После открытия графена ученые Исследователи создали селективных мембран и элек- Источник:
начали исследовать Периоди- большое разнообразие MXenes, тронных устройств. Но формиро- cen.acs.org
ческую таблицу Менделеева на которые представляют собой со- вание этих двумерных кристал-
предмет возможности создания единения M2X, M3X2 и M4X3, где лов является сложной задачей 2
других двумерных материалов М является переходным метал- из-за ковалентной связи между
из давно известных химических лом, а Х — углеродом или азотом. слоями. He
элементов. Вдохновленные В настоящее время исследовате-
возможностью исследовать ли продемонстрировали около Многочисленные исследова- 10
новые физические проявления 30 MXenes. тельские группы продемонстри-
привычных соединений иссле- ровали, что ультратонкие слои Ne
дователи создали множество Многоэлементные органи- дихалькогенидов переходных
примеров таких двумерных ческие молекулы также обра- металлов, таких как MoS2 и WS2, 18
материалов. В настоящее время зуют ультратонкие материалы. могут служить ключевыми
постоянно растущий список Богатство органической химии компонентами схем высокоча- Ar
уже включает большой набор дает уникальную возможность стотной электроники. Но методы
карбидов металлов (MXenes), настроить свойства этих орга- изготовления тонких пленок этих
семейство одноэлементных нических 2D-материалов для соединений трудоемки и дают
2D-материалов (Xenes), ряд создания химических и биоло- лишь незначительный выход
дихалькогенидов переходных гических сенсоров, химически материала.
металлов, ультратонкие органи-
ческие кристаллы и двухкомпо- 5 67 89
нентные нитриды.
BC NOF
Углерод — не единственный
элемент, который может обра- 13 14 15 16 17
зовывать одноатомные листы.
В последние несколько лет Al Si P S Cl
элементы, которые сгруппиро-
ваны в Периодической таблице
рядом с углеродом (B, Si, P, Ge
и Sn), освоили двумерность.
Ученые называют это семейство
Xenes, где X — название элемен-
та, а «ene» задает рифмованность
с «графен» («graphene»).

28 29 30 31 32 33 34 35 36

Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

46 47 48 49 50 51 52 53 54

Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

78 79 80 81 82 83 84 85 86

Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

110 111 112 113 114 115 116 117 118

Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og

39

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

Вячеслав
Мещеринов

Проект
Университета
Вестлэйк

ИЗ ПЕТЕРБУРГА

В ХАНЧЖОУ.

К УДА ЗАВОДИТ ФИЗИК А ЖИДКОГО СВЕТА

Как функционирует современная наука, что общего между
светом и жидкостью, а главное, кто и зачем тратит деньги
на фундаментальную науку? Об этом мы поговорили
с Алексеем Кавокиным, директором Международного
центра поляритоники Университета Вестлейк в Китае,
профессором Университета Саутгемптона в Великобритании,
руководителем лаборатории оптики спина в Петербургском
государственном университете и руководителем группы квантовой
поляритоники в Российском квантовом центре.

40

К оманда Алексея Кавокина занимается фи- кнутся и разлетятся, как два бильярдных шара.
зикой жидкого света — попадая в полу- Взаимодействие между ними приводит к тому,
проводниковый кристалл, свет преображается что они могут формировать капли, у них есть
и начинает вести себя, как жидкость: собираться вязкость — а это свойство жидкости.
в капельки, течь медленно или вовсе останав-
ливаться, формировать «водовороты». Жидким 60 ЛЕТ В ТРЕХ АБЗАЦАХ
светом можно управлять при помощи внешних В середине прошлого века Владимир Агранович
полей, он протекает по капиллярам, выходит и Джон Хопфилд предсказали сильную связь
наружу и снова становится обычным светом. света с веществом и возникновение поляри-
тонов. Затем последовали экспериментальные
ДЛЯ СПРАВКИ работы, в ходе которых находили черты поляри-
тонов в разных соединениях. Но это была чисто
Существует три типа кристаллов: металлы, академическая задача, которой занимались не-
диэлектрики и полупроводники. Металлы сколько лабораторий во всем мире.
проводят электрический ток, диэлектрики —
изоляторы, полупроводники иногда проводят, В 1992 году в Токио французский ученый
а иногда нет. Они ближе к диэлектрикам, Клод Вайсбуш поставил эксперимент вместе с
потому что в них есть запрещенная зона, японцем Ясухико Аракавой, в котором впервые
отделяющая энергетические уровни, показал режим сильной связи света с веще-
заполненные электронами, и пустые уровни. ством в микрорезонаторе. Нахождение режи-
Из-за взаимодействия между атомами решетки ма сильной связи вызвало большой интерес,
кристалла отдельные уровни уширяются, образуя потому что получается гибрид — состояние,
энергетические зоны. которое не является ни светом, ни веществом,
а представляет собой нечто среднее. Этим
Чтобы перейти в зону, в которой он сможет гибридом начали заниматься, и в 2005 году
распространяться, электрон должен получить французский ученый вьетнамского происхож-
энергию извне, например, от света. Электрон по- дения Ли Си Данг в Гренобле получил экспе-
падает в пустую зону — зону проводимости, а на риментальные доказательства наличия бо-
том месте, где он был, образуется дырка — поло- зе-эйнштейновской конденсации экситонных
жительно заряженная квазичастица. Электрон поляритонов.
притягивается к дырке, и образуется экситон —
что-то вроде атома водорода, но внутри кристал- — Моя группа обеспечивала теоретическую
ла и размером в сто раз больше. В отличие от поддержку этой работы, но Nature не брал наши
атома водорода, экситон может исчезнуть: элек- результаты. Статью в итоге опубликовали в жур-
трон спокойно спускается на свое старое место, нале Physical Review B. Редактор потребовал от
рекомбинирует с дыркой — и экситона больше нас изменить название статьи. Вместо «Бозе-эйн-
нет. В процессе рекомбинации излучается квант штейновская конденсация» мы были вынуждены
света, который может снова поглотиться, создать написать «Неравновесная бозе-эйнштейновская
новый экситон, и все повторится. конденсация». Через год на том же самом образ-
це с теми же результатами, сделав дополнитель-
Получается цепочка состояний света и ма- ные эксперименты в Политехнической школе
терии, которые образуют единое смешанное Лозанны, группа Ли Си Данга опубликовалась в
квантово-механическое состояние. Такое со- Nature. На этот раз им удалось отстоять термин
стояние обладает свойствами как света, так и «Бозе-эйнштейновская конденсация» без дис-
вещества. Соответствующая ему квазичастица клеймера про неравновесность. И пошла лавина:
в кристалле называется экситонным поляри- эксперимент стали повторять по всему миру на
тоном. Это и есть квант жидкого света. Вместо разных материалах, и прогресс было уже не оста-
фотона, который распространяется в вакууме, новить. Два года спустя в Саутгемптоне группа
внутри полупроводникового кристалла возни- Джереми Баумберга, в составе которой я отвечал
кает наполовину фотон, наполовину экситон — за теоретические расчеты, показала это явление
то ли свет, то ли материальная частица. уже при комнатной температуре, что сделало
его интересным для практического применения.
Так же, как световые волны, поляритоны ха- В 2013 году Свен Хефлинг в Вюрцбурге сделал
рактеризуются длиной волны, но, в отличие от первый прибор, основанный на этом эффекте, —
чистого света, могут взаимодействовать друг с поляритонный лазер с электронной накачкой.
другом за счет своей материальной компонен- Чем дальше, тем больше людей вовлекаются в
ты. Два фотона столкнутся и сквозь друг друга эту область.
пройдут, не заметив, а поляритоны из-за того,
что в них есть материальная компонента, стол-

41

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ — Первыми сделали поляритонный лазер,
работающий при комнатной температуре,
КУДА ПРИЛОЖИТЬ? именно мы в университете Саутгемптона в
До конца XX века считалось, что бозе-эйн- 2007 году. По-моему, это самая цитируемая
штейновская конденсация может наблюдать- моя работа до сих пор. Такой лазер характери-
ся лишь при экстремально низких темпера- зуется гораздо более низким порогом энергии
турах  — около одной стомиллионной доли накачки, нежели привычный лазер, в котором
градуса Кельвина. За наблюдение бозе-эйн- необходимо тратить много энергии на под-
штейновской конденсации холодных атомов держание инверсной заселенности энергети-
даже дали Нобелевскую премию. Это явление ческих уровней электронами.
примечательно тем, что все атомы находятся
в одном квантовом состоянии, как если бы все Второе применение — квантовый компью-
автомобили на дороге ехали с одной скоро- тер. Для квантовых вычислений сейчас ис-
стью, одновременно ускоряясь и замедляясь. пользуют сверхпроводящие кубиты, но они
работают при температуре меньше одного
— Мы показали, что бозе-эйнштейнов- градуса Кельвина, для поддержания которой
ская конденсация наблюдается при комнат- нужны мощные и дорогостоящие криостаты.
ной температуре. Скачок от стомиллионной Открытие конденсации поляритонов дает
доли Кельвина до комнатной температуры возможность реализовать на основе полу-
произошел буквально за десять лет. Это ко- проводников квантовый компьютер, который
лоссальный прорыв в фундаментальной сможет работать при температуре, близкой к
физике конденсированного состояния. Ког- комнатной. Внедрение квантовых технологий
да он произошел, стали думать, как же его на основе полупроводников, создание кванто-
использовать. Есть много вариантов: можно вых процессоров, работающих не в криостате,
делать лазеры с очень низким порогом излу- будут очень большим прорывом в компьютер-
чения, можно делать классические логиче- ной науке.
ские элементы для оптического компьютера
или интерфейса между оптоволоконными РОССИЯ — АНГЛИЯ — КИТАЙ
линиями связи и классическим полупрово- — В 1993 году я защитил кандидатскую дис-
дниковым компьютером. Самое интересное сертацию в петербургском Физтехе и дослу-
применение, на мой взгляд, — это светоин- жился там до научного сотрудника. Научный
дуцированная сверхпроводимость. Посколь- сотрудник тогда получал три или четыре дол-
ку бозе-эйнштейновская конденсация и лара в месяц. Я зарабатывал гораздо больше,
сверхпроводимость — это очень близкие потому что ездил на короткое время во Фран-
явления, и если бозе-эйнштейновскую кон- цию, в Германию. В 1997 году меня пригла-
денсацию удалось наблюдать при комнатной сили в Италию, и я там остался. Из Италии
температуре, почему бы не попытаться на- меня сразу позвали во Францию, где в том же
блюдать в гибридных структурах и сверхпро- году я получил постоянную профессорскую
водимость при комнатной температуре? позицию. В 2005 году я стал профессором
университета Саутгемптона в Англии. С это-
Все лазеры, существовавшие до сих пор, ос- го времени до 2011 года я не работал в России,
нованы на усилении света за счет вынужден- хотя приезжал часто. В 2011 году я получил
ного излучения. На основе конденсированных мегагрант — $5 млн, на которые мы постро-
поляритонов уже делают поляритонные лазе- или лабораторию оптики спина имени Иго-
ры, которые основаны на другом физическом ря Николаевича Уральцева в Петербургском
принципе — в них нет вынужденного излуче- государственном университете — теперь это
ния света, свет излучается спонтанно, так же, наша главная экспериментальная база в Рос-
как его излучает свеча или электрическая лам- сии. В 2014 году я возглавил также небольшую
почка. Тем не менее спонтанно излученный теоретическую группу в Российском кванто-
свет обладает всеми свойствами лазерного вом центре в Москве.
излучения: когерентностью, монохроматич-
ностью и поляризованностью. Дело в том, что Сейчас в Китае, в городе Ханчжоу строят
излучает его конденсат — миллиард частиц, Университет Вестлейк. Физическое направле-
сидящих в одном квантовом состоянии, из ние в нем попало в руки самого известного ки-
которого они рекомбинируют, излучая фото- тайского физика — по версии журнала Nature,
ны. Эти фотоны получаются одинаковыми, он был одним из десяти самых влиятельных
поскольку начальное состояние у этого мил- ученых мира 2017 года. Цзянь-Вэй Пан — это
лиарда частиц одинаковое.

42

Команда Алексея Кавокина в Центре полярито- финансирование науки в Китае по объему
ники. Источник: icp.westlake.edu.cn превышает, мне кажется, финансирование
науки в любой другой стране мира. Руко-
китайский «отец кванта», человек, который водство китайских университетов активно
запустил квантовый спутник и сейчас уста- заманивает назад китайских специалистов,
навливает через него связь между Москвой которые работают или получили образование
и Пекином. Цзянь-Вэй Пан вышел на меня и в США или Европе. Несколько лет назад было
предложил подать на позицию в этом универ- принято решение построить в Ханчжоу пер-
ситете. Поскольку я с 1998 года года работаю вый в стране частный университет, который
на постоянных профессорских позициях в ве- в перспективе должен стать самым сильным
дущих западных университетах, для такого университетом, ориентированным на есте-
переезда я поставил массу условий. ственные науки, в Азии и выйти на пятое-
шестое место в мире.
Мне хотелось сделать то, чего я не могу сде-
лать в Англии из-за отсутствия финансиро- В Китае мы принимаем иностранных аспи-
вания в достаточном количестве: построить рантов. У китайских аспирантов есть особен-
большой научный центр, посвященный по- ности в программе, которую они изучают. Они
ляритонике — физике жидкого света. В этом слушают курсы социализма с китайским укло-
центре будет и технологическая база, мы сами ном на китайском языке. Нам обещают, что со
будем делать образцы — полупроводниковые следующего учебного года мы сможем при-
структуры разного типа. Там будет мощная нимать в аспирантуру иностранцев, поэтому
оптическая лаборатория, в которой мы будем скоро заинтересованным студентам со всего
делать все необходимые эксперименты, и бу- мира можно будет попытать счастье у нас в
дет теоретическая группа. На этот проект мне Китае. В аспирантуре все курсы читаются на
выделили 100 миллионов юаней, что состав- английском. Есть конкурсные ставки постдо-
ляет примерно 1 млрд рублей. Я занимаюсь ков и профессоров. Китай — отнюдь не страна
созданием нового научного центра уже год. третьего мира, которая к себе заманивает за
Помимо этого, в университете формируются бешеные деньги кого угодно. Это первый мир,
другие центры, которые могут иметь отноше- все там дается с трудом, на каждую позицию
ние к квантовым технологиям или полярито- претендует много квалифицированных китай-
нике, в результате вырастает большой кластер. цев. Чтобы вас взяли, вы должны доказать, что
Китай, вероятно, станет мировым лидером в вы чем-то лучше. С другой стороны, позиции
этой области через несколько лет. есть, финансирование есть, все будет расти и
дальше.
Работа в Китае — это интересный опыт в
моей жизни. Китайская наука — великая нау- КСТАТИ
ка. Там очень много хороших университетов,
В поляритонном лазере порог есть,
но он обусловлен преодолением потерь
в структуре, поэтому может быть на несколько
порядков ниже, чем в обычных лазерах.
Это идеально подходит для условий, при которых
не нужен очень мощный источник света, а нужен
экономичный, который может жить очень
долго, например, в космосе. Такие лазеры еще
не начали выпускаться промышленностью,
их изготавливают в основном в лабораторных
условиях, но это уже готовый прибор, который
скоро завоюет свое место на рынке.

Китайский опыт реинтеграции научной диа-
споры мог бы очень пригодиться в России. Ин-
дивидуальный подход, создание постоянных
позиций для приезжих ученых, помощь их се-
мьям, организация международных научных
центров и институтов — все это очень помогло
бы развитию российской науки, укреплению ее
позиций на мировой арене.

43

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

Кампус МФТИ

Анастасия Грачикова

В ЦЕНТРЕ

ОГРОМНОЙ

ПЛОСКОСТИ

Физтех, чьи выпускники получили Нобелевскую
премию за открытие уникальных свойств графена,
серьезно займется двумерной тематикой. Осенью
здесь начал работу Центр фотоники и двумерных
материалов МФТИ. Разбираемся в исследовательских
планах, коммерческих перспективах 2D, а также в том,
получит ли Долгопрудный звание Russian Graphene City.

44

ВИЗИОНЕРЫ И НАНООПТИКА ствам графена: как ДЛЯ СПРАВКИ
Директор Центра фотоники и двумерных матери-
алов МФТИ Валентин Волков только что вернулся материал ведет себя По сути, 2D — строительный
в Россию вместе со всей семьей, жить и работать в
Долгопрудном. До этого ученый много лет прора- при низкой темпе- материал для новой оптики.
ботал в Университете Южной Дании под началом
выпускника Физтеха Сергея Божевольного. Боже- ратуре, какова под- При создании достаточно
вольный, известный специалист по нанооптике, вижность электро- компактных оптических
входит в список самых цитируемых ученых мира нов. Казалось, что приборов возникает серьезный
в области физики. Он был одним из тех, кто уехал эти исследования барьер – длина волны
работать за границу в девяностые годы, построил видимого света. Она составляет
там серьезную академическую карьеру, но при
этом связей с родным университетом не терял. поставили точку в порядка 1 микрона,
По его рекомендации в середине нулевых группа
исследователей МФТИ обратила свое внимание вопросе того, что это много для устройств
на наноразмерные структуры, так возникла ла- из себя представля- наноэлектроники. Выйти
боратория нанооптики и плазмоники. Именно ет графен. Его оп- за пределы этой размерности
Божевольный привлек к работе на Физтехе своего тические свойства помогают нанооптика
сотрудника и выпускника физфака МГУ Вален- и плазмоника, но и здесь
тина Волкова — последние несколько лет он воз-
главлял лабораторию в качестве приглашенного начали изучаться есть свои ограничения.
профессора.
многим позже, и Объектов, которые до сих пор
Волков был привлечен в МФТИ как специалист только в 2012 году в не исследованы, становится все
по ближнепольной микроскопии — это методика, графене обнаружи- меньше. Двумерные материалы,
которая позволяет заглянуть в наномир и иссле- ли плазмоны. В этот которые сами по себе состоят
довать его оптические свойства. «В то время мы всего из одного атомного
занимались наноразмерной оптоэлектроникой,
но при этом всегда держали в голове двумерную момент все оконча- слоя, позволяют выйти
тематику и понимали, что надо двигаться в этом
направлении», — вспоминает заместитель ди- тельно сошлось. на принципиально новый
ректора центра Алексей Арсенин. Однако долгое «На Физтехе меня уровень.
время о графене в контексте оптики серьезно
никто не говорил. заинтересовали

Работы Андрея Гейма и Константина Новосё- двумерной тема-
лова, за которые ученые получили Нобелевскую
премию по физике, были посвящены главным тикой еще до того, как она приобрела такую
образом электрическим и механическим свой-
популярность в мировой науке, как это есть

сейчас. Тем не менее мы не сразу начали дви-

гаться в эту сторону, было неясно, как подсту-

питься. Но с открытием плазмонов в графене

мы поняли, что этот материал нам совершен-

но не чужд. Плазмоны были абсолютно нашей

тематикой. Мы стали читать, смотреть на это

уже сквозь призму своей экспертизы — ду-

мать, что мы непосредственно можем привне-

сти в эту область. Сейчас уже идет настоящий

бум на исследования с графеном, связанные

с оптикой, и нам приятно думать, что мы во

многом были визионерами в этом вопросе», —

расказывает Валентин Волков.

Валентин
Волков
с семьей

45

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

2D-БИО 2D-ЭЛЕКТРОНИКА 2D-ФОТОНИКА

Биологические и химические сенсоры, Гибкая и печатная Быстродействующие
встраиваемые в современную носимую электроника. оптоэлектронные устройства,
электронику и интернет вещей (IoT). Тонкопленочные гибкие фотодетекторы, оптические
Нейроинтерфейсы для медицины сенсоры, радиочастотные модуляторы, компактные источники
и кибернетических организмов. метки и идентификаторы, излучения. Высокоскоростная
Тканевая инженерия, прозрачные дисплеи. беспроводная связь
молекулярная доставка Высокопроизводительные (6G, ТГц Wi-Fi).
лекарств, лечение рака. вычислительные
системы.

Центр фотоники и двумерных материалов МФТИ

2D-ЭНЕРГЕТИКА 2D-МАТЕРИАЛЫ 2D-КВАНТ

Создание приложений в области Синтез и производство новых Поиск приложений в области
солнечной энергетики, включая двумерных материалов. Изучение квантовых технологий;
создание быстрозарядных свойств новых 2D-материалов создание однофотонных
аккумуляторных батарей и поиск приложений. источников
и конденсаторов; Программируемые искус- для квантово-
тонкопленочные ственные материалы — защищенных линий
солнечные элементы ван-дер-ваальсовы связи.
для умной одежды материалы.
и носимой электроники.

КОНЦЕПЦИЯ ЦЕНТРА Иллюстрация Дарьи Сокол
По сути, двумерные материалы — это новый
физический базис. На нем строится все: оптика, областей будет естественно и органично работать
механика, термодинамика. К 2D можно подсту- друг с другом».
питься с разных сторон, а потому области иссле-
дований, где такие материалы могут быть приме- МЕЖДУНАРОДНЫЙ ОПЫТ
нимы, чрезвычайно разнообразны. Каждый блок будет курировать ученый с большим,
в том числе международным опытом. Задача тако-
Именно этот постулат заложен в концепцию го ученого — задавать общий вектор для исследо-
устройства центра. Его работа разделена на шесть ваний, показывать, в какую сторону необходимо
блоков: 2D-материалы, 2D-электроника, 2D-фо- двигаться. Так, например, исследования в области
тоника, 2D-био, 2D-квантовые технологии и 2D- двумерной фотоники будут проводиться в сотруд-
энергетика. Несмотря на то, что работа разделе- ничестве с известным специалистом в этой обла-
на по направлениям, основная идея — создать на сти, американским профессором Андрэ Алю.
базе центра единое пространство для исследова-
телей из разных областей. Будучи достаточно молодым ученым, Алю явля-
ется автором более 200 научных работ с индексом
Междисциплинарность — это то, что лежит в ос- Хирша 93 и сейчас возглавляет подразделение
нове современной науки, а в случае с двумерными фотоники в Центре перспективных исследований
материалами такого подхода просто не избежать. Городского университета Нью-Йорка. Двумерные
Для работы с ними нужны специалисты из разных материалы Алю рассматривает как одну из самых
областей и решения на стыке их экспертизы. «Вы перспективных и интересных областей. Поэтому
не можете просто предписать ученым делать меж- он согласился сотрудничать с центром в МФТИ,
дисциплинарные исследования и посадить их где есть возможность проводить передовые ис-
после этого по разным кабинетам, — рассуждает следования, работая с талантливыми молодыми
Валентин Волков. — Люди должны пересекаться, людьми, — на Физтехе традиционно высокая
и не только непосредственно за работой. Многие концентрация тех, кто готов браться за решение
неожиданные решения рождаются в неформаль- нестандартных, на первый взгляд в принципе не-
ной обстановке: во время перерыва, за кофе, за решаемых задач.
случайным разговором, когда кто-то просто за-
шел в соседнюю комнату. Наша задача — создать Надо всей этой конструкцией учреждена еще
такую среду, в которой исследователям из разных одна — Международный консультативный со-
вет. Так ученые хотят, с одной стороны, усилить
46 экспертизу центра и его вес в глазах мирового

КСТАТИ

академического сообщества, а с другой — обеспе- серьезная зада- К настоящему моменту
чить максимальную открытость. Совет согласил-
ся возглавить нобелевский лауреат Константин ча  — донести опубликовано более 150 тысяч
Новосёлов. до крупных научных работ, посвященных
игроков то, на- графену и другим двумерных
КОММЕРЦИАЛИЗИРУЙ ЭТО сколько боль- материалам. Таких материалов
Отдельная большая задача в концепции работы шой потенци- насчитывается больше сотни, так
Центра фотоники и двумерных материалов — со- что можно говорить о создании
здание инжинирингового подразделения, кото-
рое займется трансфером технологий в бизнес и ал несет в себе новой таблицы Менделеева –
коммерциализацией новых разработок. Дело в область 2D. Ис- теперь в 2D.
том, что ученые, которые создали в лаборатории
ту или иную технологию, не могут и не должны следователям
отвечать за то, чтобы вывести ее на рынок,  — это
не их работа. Во всем мире этим занимаются от- это абсолютно
дельные специалисты, которые изучают рынок,
привлекают к сотрудничеству крупные компании, очевидно, и потому во многом на нас лежит от-
запускают стартапы. Подразделения с такими
специалистами работают при всех основных ми- ветственность правильно это коммуницировать и
ровых центрах, которые проводят исследования
по двумерной тематике. Например, в Манчестере, добиться того, чтобы нас услышали», — рассужда-
где Гейм и Новосёлов сделали свои открытия,
под это построен отдельный центр — Graphene ет Алексей Арсенин.
Engineering Innovation Centre.
ДВУМЕРНОЕ БУДУЩЕЕ
Как правило, подразделения, занимающиеся Оценить, каким будет рынок графена и других ма-
коммерциализацией, финансируются за счет териалов в перспективе 10–20 лет, очень сложно.
коммерческих компаний, которые ищут для себя Текущая оценка объема рынка графена составляет
перспективы применения 2D. Западный бизнес $1,4 млрд. По прогнозам Adroit Market Research,
вообще проявляет достаточно большой интерес к среднегодовой темп его роста до 2025 года будет
новым материалам. Исследования с двумерными находиться на уровне 25,2%. По данным McKinsey,
материалами проводят лаборатории практиче- рынок графеновой полупроводниковой инду-
ски всех технологических компаний из списка стрии на 2030 г. оценивается в $70 млрд. Рынок
Fortune 500 — рейтинга крупнейших с точки зре- связанных полупроводниковых технологий по
ния выручки мировых компаний. Среди корпора- этим же оценкам составит $190 млрд — сюда вхо-
ций, которые вкладываются в исследования с гра- дят обработка данных, беспроводные коммуни-
феном, такие гиганты, как IBM, Boeing, Lockheed кации, бытовая электроника. Цифры хоть и вну-
Martin, Samsung и LG. шительные, но мало относящиеся к реальности.
Даже текущие прогнозы не учитывают целый ряд
В России бизнес пока не так заинтересован в связанных с графеном технологий: сенсоры, ней-
двумерных материалах. Возможно, причина в роинтерфейсы, композитные материалы, системы
отсутствии на российском рынке достаточного очистки воды и многое другое.
количества специалистов, способных донести до
крупных компаний важность и актуальность обла- Перспективы применения 2D-материалов
сти исследований, на которую в мире тратят мил- не просто широки, фактически они безгранич-
лиарды долларов. Технологическое предпринима- ны. В среднесрочной перспективе двумерные
тельство — довольно молодая по мировым меркам материалы и технологии на их основе станут
область, и на то, чтобы подготовить людей, нужно элементной базой для развития технологий ИИ,
время. Пока это единичные специалисты, которые робототехники, аэрокосмоса и ряда других тех-
точечно и часто на ощупь работают над каждым нологий. Сейчас никто точно не может сказать,
проектом. Решить эту задачу и расширить воз- в какой именно области «выстрелит» 2D, осо-
можности по коммерциализации будущих разра- бенно учитывая количество новых материалов.
боток центр планирует за счет создания образова- Пока ученые ищут, что станет графеновым killer
тельных программ совместно с кафедрами РВК и application — точкой приложения, после которой
технологического предпринимательства МФТИ- двумерные материалы прочно войдут в повсед-
Роснано. «На самом деле у всех, кто сейчас зани- невную жизнь. Однако уже понятно, что графен
мается графеном и другими двумерными мате- не будет просто «материалом из лаборатории», а
риалами что за границей, что в России, есть очень приведет к созданию технологий XXI века.

«Сейчас мы находимся в той точке, когда у
нас есть все шансы побороться за лидерство.
Если все делать правильно, то уже в перспек-
тиве ближайших лет можно будет говорить о
Долгопрудном как о новом графеновом мегапо-
лисе — Russian Graphene Сity», — с оптимизмом,
присущим только большим исследователям, за-
ключает Валентин Волков.

47

ЗА НАУКУ    ГЛАВНОЕ

КАК РОЖДАЮТСЯ

Это невозможно
Это игрушки

Это перспективно
Это приоритет
развития

Это есть у всех

Это устарело

Екатерина Жданова

ТЕХНОЛОГИИ

48