Физика

«В области, в которой я работаю, фундаментальная наука максимально близка к применениям»

Дмитрий Басов — о Нобелевских премиях и путях к новым смартфонам

Дмитрий Басов

Columbia University/Indicator.Ru

В ноябре в МФТИ приехал прочитать лекцию директор Центра передовых исследований энергии Колумбийского университета, Хиггинсовский профессор физики Дмитрий Басов. Редактору Indicator.Ru удалось с ним поговорить об отце-нобелиате, взаимодействии света с веществом и кругозоре в науке.

— Расскажите о вашем отце. Насколько он повлиял на вашу карьеру? Вы поэтому пошли в науку, выбрали физику и квантовую оптику?

— Да, да, да! Отец был влюблен в физику всю жизнь, и только об этом мог говорить, и все его действия были вокруг физики до последнего дня, когда мы с ним общались в больнице. Поэтому влияние, конечно, было колоссальное — и очень правильное. И я нисколько не жалею, что выбрал физику своей карьерой. Это уникальная возможность узнавать что-то новое в своей лаборатории. Он всегда говорил, что наука — это самый интересный, желанный и лучший способ отдать свою жизнь чему-то.

— Каково это вообще — быть сыном Нобелевского лауреата? Сложно ли вам было «выбраться из тени» и начать собственную научную карьеру?

— Все началось очень быстро. Когда я учился в МИФИ, там знали и моего отца, и мою маму, которая там преподавала физику. Потому какие-то моменты, с этим связанные, были все годы обучения. Потом была диссертация в ФИАН — институте, естественно, связанном с именем отца. Через неделю-две после защиты я уехал делать постдок в другой лаборатории. Я, безусловно, испытываю гордость за отца, за его свершения. Есть целый комплекс ощущений, связанных с «быть сыном Нобелевского лауреата», но в основном положительных.

— Вы специалист в области «квантовых фаз с заранее заданными свойствами». Как бы вы объяснили свою деятельность любопытному человеку, который вообще не разбирается в вашей области?

— Мы открываем новые явления, которые не известны никому. Возможность узнать что-то новое помогает связаться с любой аудиторией, это понятная концепция, по аналогии с первооткрывателями земель и океанов. Но там все уже найдено, а в науке по-прежнему непочатый край будущих тем, и всегда люди продолжают что-то открывать. В науке работают те, у кого есть это желание быть первооткрывателями. Что касается специфики моей конкретной деятельности — это те процессы, которые в будущем позволят создать новые технологии, и мы не можем даже представить их себе сейчас. И это всегда очень легко свести к смартфону, тому, на чем будут работать информационные технологии в далеком будущем.

— Расскажите о своих недавних работах. Какие возможности они открывают?

— Я изучаю взаимодействия вещества и света в разных типах материалов. Свет — это то, как мы видим внешний мир в прямом смысле этого слова. Он позволяет видеть новые интересные физические процессы в материалах. Но свет не всегда пассивен: он может изменить свойства материала, свойства вещества. Я изучаю связанное состояние вещества и света, собственно, это самые свежие работы в нашей группе, которые мне кажутся наиболее интересными.

— Эти исследования будут иметь применение в оптике и электронике?

— Во многих областях. Это большой вызов перед научным и инженерным сообществом: построить новое поколение приборов, работающих на квантовых эффектах, и создать материалы, в которых можно контролируемым образом изменять свойства: оптические, электронные, магнитные, какие угодно.

— А может ли это использоваться для создания новых микрочипов, чтобы преодолеть фундаментальный предел, в который уже начинает упираться закон Мура?

— Как вы правильно сказали, пока все упирается в физические ограничения. Речь идет о принципиально новых концепциях: анализ информации на других технических принципах. Это то, над чем работает наша группа и сотни, а может, и тысячи других групп во всем мире. Это очень «горячая» область, которая интересна и чисто на интеллектуальном уровне, и как приложение к реальным технологиям.

— Какие метаматериалы кажутся вам самыми необычными и перспективными? Можете привести примеры?

— Двумерные материалы, например графен и подобные ему, кажутся мне и многим моим соавторам очень интересными. Они обладают такими свойствами, которые делают их исключительно привлекательными для будущих технологий. Они могут быть изолированы вплоть до одной атомной плоскости, и эти плоскости можно организовывать в разные структуры нового типа, с совершенно новыми и неожиданными свойствами. Но это, конечно, не единственный класс материалов. Есть и другие, например в которых электроны очень сильно взаимодействуют друг с другом. Этот класс веществ также привлекателен для будущих технологий.

— Это можно применять и для улучшения проводимости?

— Все верно, многие из таких материалов оказываются проводниками и сверхпроводниками (так называют проводники с нулевым сопротивлением для постоянного тока). Это и энергетически интересно, и в интеллектуальном и культурном аспекте, для понимания теории фазовыx переходов, того, какие фазы в веществах возникают и почему. В той области, в которой я работаю, мне кажется, что фундаментальная наука максимально близка к применениям. То есть это не полностью абстрактная наука, а наука, которая, с одной стороны, очень глубока по своим проблемам, а с другой стороны, она может реально менять какие-то технологии и устройства уже сейчас.

— Современная наука обычно, с одной стороны, узкоспециализированна, с другой — прорывы случаются на очень порой неожиданных междисциплинарных перекрестках. Как ученому сбалансировать узкоспециализированную направленность и широкий кругозор, который помогает найти новые подходы?

— Этот вопрос тоже очень правильный и почти философский. Сложно отвечать на него практически. Требуется время, чтобы стать профессионалом и специалистом. Для этого полезно ездить на конференции, полезно читать журналы, которые публикуют статьи в правильных областях. Когда хватает времени, я стараюсь этим заниматься — и смежными областями интересоваться тоже. Очень мало осталось ученых, которые охватывают сразу много областей знаний.

Но без широкого кругозора в науке никуда. Я, например, экспериментатор, сам строю приборы, которые позволяют мне делать уникальные эксперименты. Купить такие приборы в магазине или найти их в каталогах невозможно. Почти все, что у нас сделано по технике эксперимента, мы все сами придумали.

Я работаю в университете на факультете, где представлены почти все области физики. Каждую неделю есть так называемый коллоквиум, и ожидается, что лектор расскажет в докладе не только о своих последних достижениях, но и вообще о своей области. Иногда мы выходим за пределы физики — в университете есть технические, инженерные, химические факультеты, биологические и так далее. Я стараюсь такие доклады посещать, в этом прелесть университета широкого профиля, где представлены разные области знания.

— У Виталия Гинзбурга был список «нерешенных задач для физиков XXI века». Есть ли такой список в вашей голове для «родной» области и для физики вообще?

— Да, это известный список, Виталий Лазаревич его обновлял несколько раз и публиковал. Oчень интересные вещи происходят с фазовыми переходами, там далеко не все понятно, и новые поколения новых материалов, новые поколения новых измерений приносят новые сюрпризы, которые мы стараемся понимать. Изучение того, как свет меняет вещество, — это, на мой предвзятый вкус, одна из самых интересных вещей сейчас. В каких-то размерах физики она известна и работала давно, но только сейчас она приходит в твердые тела, новые материалы, и это совершенно неизменная и потому самая интригующая область.

И здесь есть нерешенные вопросы. Почему эти переходы случаются? Какие взаимодействия происходят по фазовым переходам? Какие пути перехода из фазы А в фазу Б? Это очень увлекательно. Лишь в последнее десятилетие мы как сообщество стали способны изучать в любых пространственных расстояниях — от атомного вплоть до макроскопического. И я думаю, что будет хороший прогресс в обозримое время.

— Я, сейчас, возможно, глупый вопрос задам. Связано ли это с экспериментами Петра Лебедева, исследованиями давления света на вещество?

— Вы интересно упомянули его работы, есть даже институт имени Лебедева. Глупых вопросов не бывает, ответы бывают глупые!

Я имел в виду несколько другое — это когда свет, взаимодействуя с веществом, меняет энергетический спектр вещества, образует гибридные моды света и вещества, которые могут распространяться как волны в этих веществах, и это новый способ получать заданные свойства, новый способ спектроскопии, совершенно колоссальные возможности! Эти волны могут состоять и из света, и наполовину из вещества. Это уникальнейшая вообще вещь, которая стала нам доступна экспериментально буквально в последние несколько лет именно в контексте новых материалов, новых веществ. Но то, что вы упомянули про эксперименты Петра Лебедева, тоже правильно, хотя это уже изучено и понято.

— Давайте тогда продолжим про взаимодействие света и вещества. Вот свет — это гамма-кванты, да? Как они воздействуют и на что? Возбуждение электронов меняют?

— Совершенно верно, кванты могут взаимодействовать с электронами, формировать так называемые поляритоны. Это моды, которые состоят наполовину из электронов, наполовину из фотонов. В зависимости от того, как вы организуете свой эксперимент, ваши свойства могут быть ближе к электрону и ближе к фотону. Но гибридные моды света и вещества могут возникать и из-за колебаний решетки. Такие же эффекты гибридизации возникают и с экситонами (еще одна форма электронных состояний в полупроводниковых материалах), и с магнитными веществами, магнитными возбуждениями, которые тоже генерируются со светом. В частности, в нашей группе мы можем напрямую видеть, как эти гибридные волновые пакеты распространяются сквозь материалы, по поверхности. Это исключительно увлекательно, на мой взгляд (предвзятый, конечно).

— Возвращаясь к нобелевской тематике: были ли в советской и российской физике достижения, незаслуженно обойденные Нобелевским комитетом? И за какие достижения в мировой науке уже можно награждать?

— Безусловно, есть много работ, достойных Нобелевской премии, которые ее не получили. Ситуация эта не только с российской наукой, но и с мировой. Работ много, а премия одна в год. Особенно в последнее время, когда наука такая многообразная, когда ею занимается так много людей. Премия приходит максимум трем людям, а остальные остаются за пределами. Работа, которая могла бы получить премию, — это работа Веселаго (он, к сожалению, уже ушел из жизни), Джона Пендри и Дэвида Смита, и всем в области метаматериалов очевидно, что они достойны.

Свойства веществ очень сильно завязаны на химию веществ: из каких атомов они состоят, какие кристаллические решетки эти атомы формируют. А эти физики показали, что метаматериалы из тривиальных элементов могут обладать нетривиальными свойствами, особенно в оптике. Когда-нибудь, может быть, эта работа будет оценена. Это, конечно, была революция в оптике — геометрическая оптика уже лет 150 не видела крупных открытий, а с метаматериалами эта тема становится чуть-чуть другой, появляются более тонкие эффекты. Это приводит к технологическим прорывам в радарах, в коммуникациях, так что хотелось бы, чтобы другие авторы работы дожили до премии. По химии, вы, наверное, знаете, известный лауреат получил премию в 93 или 94 года (Джон Гуденаф получил премию в возрасте 97 лет — Indicator.Ru). В общем, чтобы получить Нобелевскую премию, надо заниматься спортом и иметь хорошее здоровье!

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.