Последний выпуск нашего журнала мы посвятили ученым, нашим современникам. Поэтому совершенно не случайно героями с обложки стали молодые ребята, которые помогают двигать науку вперед. Их студенческие работы уже становились частью публикаций, выходивших в самых престижных научных журналах, а кандидатские диссертации стали заделом для новых областей знания. Они проводят исследования в одной из самых передовых и молодых наук —науке о двумерных материалах. На протяжении этой недели мы будем рассказывать о каждом из них по-отдельности: как им удалось добиться успеха уже в самом начале своей карьеры, какие планы строят на будущее и что помогает им находить все новую мотивацию, не сдаваться и идти вперед. Сегодня мы расскажем о Дмитрии Свинцове, руководителе лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ.
О научной карьере
Фундаментальной физикой я начал заниматься только на пятом курсе. До этого мы делали газоанализатор. Это была такая сурово прикладная работа. Потом стало с трудом получаться — подумал, что не мое, и познакомился с одним теоретиком, который стал моим научным руководителем, — это Владимир Владимирович Вьюрков. Он и я работали в Физико-технологическом институте академии наук. Мы занимались расчетами новых типов транзисторов на основе графена, разработали гидродинамическую теорию для транспорта электронов и дырок в графене. Года через полтора после окончания института я защитил кандидатскую диссертацию по электронным транспортным свойствам графена. Тогда я не придавал нашим результатам большого значения: казалось, это такие примитивные модели, которые где-то работают, а много где неприменимы. А потом, в 2016 году, через четыре года после защиты, течение электронов, подобное реальной вязкой жидкости, в графене было обнаружено экспериментально. Наверное, это было одно из основных достижений того времени.
Потом был проект по терагерцовой лазерной генерации в графене. Он активно велся в Японии, в университете Тохоку. С точки зрения развития, с точки зрения научного роста как физика-теоретика для меня это было одно из лучших времен. Как раз тогда мне удалось узнать много новых методов, которые потом нашли применение в работе.
Параллельно я пришел работать в лабораторию нанооптики и плазмоники МФТИ к Алексею Арсенину и Валентину Волкову по программе постдоков. А в 2016 году я уже подался на конкурс по созданию молодежных лабораторий на Физтехе и выиграл. В лаборатории мы более активно стали заниматься плазмонами — новым типом квазичастиц (также можно сказать — волн), которые более компактны, чем фотоны. Благодаря им можно увеличивать и чувствительность детекторов, и эффективность генераторов излучения. Эта область науки сейчас очень активно развивается. Например, с начала 2018 года мы проводим совместные работы с Университетом Манчестера по практическому воплощению плазмонно-резонансных детекторов терагерцового излучения на основе графена.
Что зажигает
Всегда нравится и мотивирует, когда осознаешь, что твоих старых знаний не хватает, чтобы описать реальность — описать то, что ты видишь. Когда ты ожидаешь, что в изучаемом приборе электроны потекут в одну сторону, а они текут в другую. Что они будут течь в виде постоянного тока, а они совершают колебательное движение… Все неизвестное, необычное, загадочное и людям не поддающееся является вызовом.
Фронтир
Есть две подобласти, которыми мы активно занимаемся. Это область «оптическая» и область «электронная». Наша лаборатория называется «оптоэлектроники двумерных материалов». Она совмещает оптику и электронику, свет и электрический ток.
В области электроники сейчас происходит серьезное переосмысление того, как электроны текут в металлах и полупроводниках. Сначала физики усложняли модели, переходили от классических, где электроны текут подобно жидкости или потоку частиц газа по трубе, к квантовым. А сейчас происходит некоторый, как может показаться, шаг назад — переход снова к классическим моделям и к уравнениям гидродинамики для описания этого движения. Новые эксперименты показывают, что электроны зачастую текут подобно вязкой жидкости. Им характерны такие неожиданные для тока явления, как турбулентность, образование вихрей… Сейчас это все становится видно в новых чистых материалах. Большим вызовом для ученых является вопрос, как породнить квантовые и классические языки для описания подобного движения. Это задача для теоретиков. А для экспериментаторов вызов — как это наблюдать. Нужно понять, где работает в современных полупроводниковых приборах классическая физика, а где квантовая, и как они переходят друг в друга.
Что касается оптоэлектроники, то это очень практическая наука. И здесь тоже есть вызов — необходимо закрыть последние «белые пятна» на шкале электромагнитных излучений, где не работают существующие источники излучения, а также создать высокочувствительные фотодетекторы для этих диапазонов. Это прежде всего задачи тепловидения, дистанционного обнаружения «горячих» объектов, а также задача закрытия «терагерцовой щели». Сейчас это область очень конкурентная. Год за годом «белых пятен» остается все меньше и меньше.
А если..
Чем я еще хотел бы заниматься? А может быть, даже и буду заниматься — это квантовая электродинамика. Все, что связано с физикой высоких энергий и взаимодействием заряженных частиц со светом, причем на глубоком квантовом уровне. Довольно давно известно, что вакуум в строгом физическом смысле является не пустым. В нем постоянно рождаются на короткое время электрон-позитронные пары, возникают и исчезают виртуальные фотоны. И оказывается, что эти вакуумные колебания могут сильно влиять на наблюдаемые величины. Например, сдвигать электронные уровни молекул и, как недавно было показано, даже ускорять химические реакции. Это называется «режимом сильной связи электронов с нулевыми колебаниями», по-английски — «vacuum strong coupling». Возможно, когда-то я буду заниматься этим. 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.
