Александр Игоревич, что привело Вас в науку? Хотели ли Вы в детстве стать ученым?

Наверное, в детстве я не то чтобы мечтал стать ученым — скорее, я просто не знал, чего именно хочу. Но у меня всегда была тяга докопаться до сути: понять, как все устроено и работает, найти истинную причину явлений. Внимание к деталям помогает в экспериментальной работе. По-настоящему же мой путь в науку начался на втором курсе, когда по совету друга я пришел в лабораторию Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН. Обычно студенты приходят выполнять дипломную работу позднее, но я начал заниматься исследованиями значительно раньше. Постепенно это затянуло и незаметно превратилось из студенческой практики в настоящую работу.

Чем Вы руководствовались, когда выбирали свою специализацию?

Выбор специализации произошел очень естественно — он вырос из того, чем я начал заниматься в лаборатории. Меня буквально захватили новые материалы и их оптические свойства, и постепенно эта тема стала для меня главной. Со временем захотелось не просто изучать их, но и найти способы управлять свойствами наноматериалов, настраивать их под конкретные задачи. Характеристики таких структур можно менять, например, за счет изменения их геометрии, воздействия магнитного поля или сверхбыстрых лазерных импульсов. Все это открывает колоссальные перспективы для создания высокотехнологичных устройств будущего.

Как бы Вы простыми словами объяснили нашим читателям, что такое двумерные (2D) материалы и почему они так важны? 

Представьте себе слоеный пирог или колоду карт, где каждый слой имеет толщину всего от одного до нескольких атомов. В таком сверхтонком, «плоском» мире электроны ведут себя совершенно иначе, чем в привычных нам объемных кристаллах, и материалы приобретают уникальные оптические и магнитные свойства. Более того, мы можем брать такие атомарные слои разных веществ и накладывать их один на другой, как детали конструктора, создавая так называемые Ван-дер-Ваальсовы гетероструктуры. Причем если мы немного повернем один слой относительно другого, свойства всей структуры могут кардинально измениться. По сути, мы конструируем новые материалы с заранее заданными характеристиками, которых вообще не существует в природе.

Чем занимается лаборатория, заведующим которой Вы являетесь? Почему это важно для науки?

Наша работа строится вокруг фундаментальной физики, но при этом ориентирована на практическое применение.

Если говорить об основных направлениях, то в первую очередь мы собираем уникальные структуры из двумерных материалов, а их свойства исследуем преимущественно оптическими методами. Чтобы проследить за сверхбыстрой динамикой процессов в различных материалах, мы облучаем их короткими фемтосекундными лазерными импульсами, что позволяет фиксировать процессы, которые длятся сверхмалые доли секунды. Отдельный и очень важный фокус наших исследований — это изучение магнитных свойств двумерных материалов. В перспективе все эти фундаментальные знания являются важнейшим шагом к созданию элементов памяти и логики совершенно нового типа.

Во-вторых, мы активно создаем квантовые симуляторы на основе Ван-дер-Ваальсовых гетероструктур. Звучит сложно, но по сути это оптоэлектронные устройства, в которых мы можем манипулировать электронами, чтобы эмулировать поведение сложных природных материалов. Это помогает нам понять, как возникают сильно-коррелированные фазы, и открывает путь к направленному поиску новых высокотемпературных сверхпроводников или термоэлектриков.

Ну и, конечно, прикладные задачи. Мы закладываем технологическую основу для масштабного производства структур из 2D- и 1D-материалов и для разработки миниатюрных сенсоров химических и биологических веществ, а также высокоэффективных детекторов в различных спектральных диапазонах. Для этого мы активно сотрудничаем с ведущими институтами России и зарубежными университетами. 

Можете ли поделиться, над какими конкретными задачами или проектами сейчас работают в лаборатории Ваши коллеги?

Мы стараемся искать ответы на фундаментальные загадки природы именно для того, чтобы эти знания позволили создать технологии завтрашнего дня.

Например, мы продолжаем глубоко исследовать двумерные магнитные материалы. Недавно вместе с коллегами нам удалось изучить магнитный материал большой площади, что критически важно для его интеграции в реальную промышленность. На его основе мы уже создаем прототипы магнитных и сенсорных устройств.

Конечно, на этом пути возникает множество нетривиальных инженерных задач. В естественных условиях любой материал подвержен старению — это сродни тому, как ржавчина со временем неизбежно подтачивает металл на кузове автомобиля, если его не защитить. Работая с магнитными Ван-дер-Ваальсовыми полупроводниками, мы детально изучаем, что происходит с их оптическими, механическими и магнитными свойствами по мере деградации: например, когда они окисляются или теряют отдельные атомы. Без этого сугубо практического понимания мы просто не сможем внедрить такие материалы в коммерческие продукты.

Если говорить о более фундаментальных исследованиях, то здесь стоит упомянуть что совсем недавно нашей команде удалось оптически зафиксировать образование так называемого вигнеровского кристалла в монослое диселенида вольфрама. Это экзотическое состояние, когда электроны сами по себе выстраиваются в строгую решетку (об этом прорыве даже выходила отдельная публикация в издании «Коммерсантъ»). Наша конечная цель здесь — понять механизмы фазовых переходов в материале и научиться абсолютно контролируемо управлять его состояниями. В дальнейшем мы сможем использовать эти знания в материаловедении, что поможет конструировать новые материалы с улучшенными свойствами.

Еще одно важное направление связано с углеродными нанотрубками. Совместно с коллегами мы изучаем свойства созданных ими нанотрубок для того, чтобы сделать производство таких наноматериалов экономически более выгодным. Речь идет, в частности, о переработке обычных автомобильных покрышек — из резиновых отходов удается получать качественные однослойные углеродные нанотрубки!

И, наконец, если говорить о совсем свежих, прорывных вещах, то мы активно развиваем платформу адаптивных терагерцовых устройств. Представьте себе материалы на основе заполненных нанотрубок, которые под воздействием магнитного поля могут менять свои дифракционные свойства — то есть работать как умные фильтры или сверхбыстрые переключатели. Это прямой путь к системам связи нового поколения и сверхчувствительным сенсорам для робототехники.

Расскажите о том, как стали доктором физико-математических наук! Помните ли Вы, как проходила защита докторской диссертации? Было ли волнительно или наоборот спокойно?

Я отлично помню обе свои защиты — и кандидатскую, и докторскую. Разница между ними, конечно, колоссальная.

Защита кандидатской — это важный и очень эмоциональный жизненный рубеж. Тогда в зале присутствовали мои родственники, пришло большое число знакомых и друзей, чтобы поддержать. А вот докторская защита — это уже совершенно другой формат и другой уровень строгости. В основном там присутствовала большая комиссия из авторитетных докторов наук, профильных специалистов. Это была глубокая профессиональная дискуссия, поэтому и сама защита длилась гораздо дольше, а вопросы были предельно жесткими и предметными.

Было ли волнительно? Безусловно. Но это было скорее рабочее, стимулирующее волнение. Мне очень хотелось грамотно подвести некий фундаментальный итог своей многолетней работы с одномерными материалами, с углеродными нанотрубками. Основы этих исследований закладывались еще во времена моей работы над кандидатской диссертацией, и за прошедшие годы нам удалось существенно развить используемые подходы. Докторская диссертация стала логичным завершением этого большого пути и, одновременно, хорошим трамплином для тех масштабных проектов, которыми лаборатория занимается сегодня.

Были ли моменты, когда на пути к защите опускались руки? Что помогало не терять веры в себя и свои силы?

Честно говоря, руки у меня никогда не опускались. Но подготовка докторской диссертации - это определенная нагрузка, которая неизбежно затрагивает и близких людей. Мне бы хотелось отдельно отметить терпение моей семьи, которая стала невольным участником этого пути к защите.

Известный американский физик Ричард Фейнман в одной из своих лекций, посвященных характеру физических законов, сказал: «Думаю, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает». Согласны ли Вы с ним? Почему? 

Я абсолютно с ним согласен, если под «пониманием» мы имеем в виду нашу повседневную, интуитивную логику. Наш мозг и наши органы чувств эволюционировали в макромире: мы прекрасно понимаем, как катятся камни или как скользят лыжи по снегу. Квантовый же мир работает по правилам, которые противоречат здравому смыслу макромира, например, квантовая система может находиться в нескольких состояниях одновременно.

Для физика «понимать» — значит не просто созерцать формулы, а уметь точно измерить процесс, повторить результат в лаборатории и заставить систему работать в реальном приборе. Мы опираемся на проверенные экспериментальные методики и строгие численные расчеты. Именно эта предсказательная сила позволяет нам конструировать реальность: варьировать свойства полупроводников, управлять фотолюминесценцией и отражением материалов, а также воссоздавать точные квантовые копии материалов в симуляторах. Мы можем не «видеть» этот мир внутренним взором, но мы научились безошибочно им управлять.

Как Вы относитесь к тому, что слово «квантовый» в бытовой жизни сейчас очень часто используется в качестве метафор, например, в психологии?

Меня вполне устраивает, что люди используют этот термин. В физике слово «квантовый» имеет очень строгое значение — оно указывает на дискретность (прерывность, прерывистость — прим. ред.), порционность характеристик (например, энергии) и на вполне конкретные законы микромира.

Когда же мы слышим о «квантовой психологии» или «квантовом скачке в карьере», это слово используется скорее как синоним чего-то «волшебного», «мгновенного» или «сверхэффективного». С одной стороны, немного забавно, когда строгий термин превращают в маркетинговый трюк. С другой стороны, это показывает, что наука вызывает у людей интерес и уважение. Главное, чтобы люди не путали красивые языковые метафоры с реальными физическими процессами.

Кстати, очень похожая ситуация в свое время была с приставкой «нано-» и нанотехнологиями. Примечательно, что и этот термин тоже оказался очень близок к моей непосредственной работе.

С чего бы Вы посоветовали начать человеку, который мечтает разобраться в квантовой физике, но при этом далек от науки?

Я бы посоветовал начать с любопытства и ни в коем случае не пугать себя сложными формулами с первых же страниц. Начните с хорошей научно-популярной литературы. Почитайте того же Ричарда Фейнмана — его книга «Квантовая электродинамика — странная теория света и вещества» написана живым языком.

Также могу порекомендовать послушать лекции моих коллег. К примеру, отличная подборка материалов по этой теме есть на портале «ПостНаука».

Попробуйте для начала разобраться в сути знаменитых мысленных экспериментов: что на самом деле означает парадокс кота Шредингера? И если после научно-популярных книг, видеолекций и статей ваш интерес не угаснет — вот тогда уже можно понемногу открывать университетские учебники.