Дмитрий Якубовский, 28 лет, научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники, ассистент кафедры общей физики МФТИ:
После школы я поступил на факультет физической и квантовой электроники МФТИ. С четвертого курса пошел сначала на кафедру фотоники, но потом перевелся на кафедру нанометрологии — там была уникальная возможность научиться работать на оборудовании, диагностирующем наноструктуры и наноматериалы, понять, как создавать и анализировать нанообъекты и какими методами измерять их свойства. Это все я как бы впитывал в себя постепенно и перед шестым курсом уже знал, какой у меня будет диплом. Направление, которым я в итоге занялся, очень естественно вытекало из моей работы с наноструктурами. Будучи студентом, мне удалось получить интересные результаты по оптическим свойствам тонких пленок в лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. Потом вместе с руководителем мы решили, что их можно публиковать, и увидели продолжение этой работы. То есть после диплома у меня уже была почти готова хорошая публикация. А дальше я просто остался в своей лаборатории. Мне было интересно работать с теми же людьми, было понятно, что лаборатория и ее направления исследований перспективные, к тому же есть возможность работать с коллегами из иностранных центров. После магистратуры поступил в аспирантуру МФТИ, сейчас ее заканчиваю и защищаю диссертацию. Поэтому пока рано говорить о какой-то сложившейся научной карьере. Возможно, после этого она и начнется.
Эксперименты
Тема моей диссертации посвящена взаимосвязи оптических, электрических и структурных свойств у тонких металлических пленок и созданию на их основе плазмонных наноустройств. Понятно, что характеристики этих устройств очень сильно зависят от того, какие свойства есть у пленок. Для того, чтобы это исследовать, нужно проделать очень много рутинной экспериментальной работы, а потом все обобщить и выдать результат. Самый полезный прибор на котором я работаю, — это эллипсометр. На нем можно измерять оптические свойства почти любых отражающих материалов. В моем случае это тонкие металлические пленки. Второй прибор — это установка электронно-лучевого испарения в вакууме. Это такой большой «шкаф» с вакуумной камерой, в которой разогнанный электронный пучок испаряет твердый материал. Далее его частицы летят на подложку, и получается пленка. Еще — атомно-силовой микроскоп, с помощью него можно изучить структуру пленки и померить толщину, и сканирующий ближнепольный оптический микроскоп с разрешением, преодолевающим дифракционный предел.
В плазмонике мы создаем слоистые структуры, в которых нужно подобрать и толщину металлической пленки, и толщину диэлектрика в зависимости от задачи. Например, у нас была задача сделать эффективный плазмонный волновод из меди. Он должен был локализовать поле на наномасштабе и одновременно являться волноведущей структурой для передачи оптического сигнала. То есть в него загоняется излучение, свет, и распространяется поверхностная волна на границе «металл — диэлектрик». От геометрии структуры и свойств металлической пленки зависят характеристики — длина пробега и «сжатие» поля этой волны. Обычно в качестве металла берут золото, мы решили вместо него использовать медь, ее проще напылять и она дешевле. Но проблема меди в том, что она окисляется, поэтому мы придумали способ, как избежать этого влияния. В целом, и другие эксперименты с пленками меди — как, например, медный плазмонный биосенсор — показали ее успешное использование.
К 2D-материалам
Стоит сказать, что мы сейчас перешли на тематику, больше связанную с 2D-материалами. Инициатором этого направления в МФТИ изначально является Алексей Арсенин. 2D-материалы есть совершенно разные, не только всем уже известный графен, но и еще дихалькогениды переходных металлов (MoS2, WSe2 и другие), которые тоже способны демонстрировать стабильный монослой и уникальные физические свойства. Самое сложное — правильно измерить эти свойства, так как материал имеет толщину буквально в один или несколько атомов. Также необходимо понимать, какие факторы влияют на измерения, например, толщина, структура, примеси и т. д. Как я перешел в тематику 2D-материалов? Я работал с разными пленками, и постепенно у меня они все утоньшались и утоньшались. В итоге я дошел до минимума толщины, а это монослой графена или несколько слоев двумерного материала. Для исследования 2D-материалов можно использовать примерно те же методы, которые используются и для обычных пленок, — тоже тонких. Особенность в том, что там могут быть совершенно новые и неизвестные ранее зависимости. Как раз в этом и состоит фундаментальная наука: суметь увидеть какой-то новый материал или новые свойства у известного и первыми их исследовать.
Ближнепольная микроскопия
Дальше я бы хотел углубиться в направление ближнепольной микроскопии. У нас в лаборатории несколько лет назад появился еще один микроскоп уникального типа, с помощью которого можно получать максимально хорошее разрешение ближнего поля и измерять фазу. Ближнепольным микроскопом можно визуализировать очень интересные оптические эффекты. Например, недавно в МФТИ была лекция Дмитрия Басова из Колумбийского университета про программируемые квантовые материалы, и как раз такие микроскопы они используют. Хотелось бы более глубоко разобраться в микроскопии как с точки зрения теории, так и с точки зрения эксперимента, чтобы мне любую структуру дали, а я мог ее померить. Раньше, например, создавали новые стали, исследовали их свойства и делали справочники, а мы исследуем новые наноматериалы!
