Сотрудники большинства российских вузов, в стенах которых установлено уникальное оборудование, как правило, опасаются подпускать к нему студентов, хотя, по идее, и должны. А вдруг несмышленые третьекурсники сломают дорогущий микроскоп или уронят лазерную установку? Или, не приведи Господи, покалечатся. Нам же потом отвечать!.. Такая точка зрения, конечно, понятна — подобные случаи в отечественном образовательном сообществе известны. Однако кто не рискует, тот не пьет шампанского. В лаборатории фемтосекундной оптики, базирующейся на кафедре физики конденсированного состояния (ФКС) факультета электроники Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА), рисковать любят. Здесь в обучении используют прямо противоположный подход, оттого, видимо, довольно часто выигрывают.
— Бессмысленно не давать студенту “работать руками”. Он должен учиться на собственных ошибках. Пока не прожжет себе лазером пару рукавов при юстировке и не испортит несколько образцов, ничему толком не научится, — уверена руководитель лаборатории, доктор физико-математических наук, профессор кафедры ФКС Елена Мишина. — Техника безопасности при этом, разумеется, неукоснительно соблюдается.
Лаборатория фемтосекундной оптики существует в МИРЭА с 2004 года. В ней занимаются разработкой новых методов и инструментов, связанных с применением фемтосекундных лазеров. Здесь работают всего двое преподавателей, пятеро аспирантов и столько же дипломников. По словам Елены Мишиной, как правило, ребята приходят в лабораторию не позднее третьего курса, а то и раньше. В результате к моменту выпуска они приобретают внушительный опыт успешного взаимодействия с техникой, становятся квалифицированными специалистами и могут претендовать на серьезную работу в представительствах любых отечественных и зарубежных фирм, которые занимаются высокотехнологичным оборудованием.
— В лаборатории налажена жизнь самоорганизующейся системы: когда к нам приходит новый человек, например студент, собеседование с ним провожу не я, а те аспиранты, которые у нас уже некоторое время работают. Они и решают, годится ли претендент. За все время существования лаборатории при таком подходе у нас не случилось ни одного сбоя в работе, — отмечает Елена Мишина. — Появлению лаборатории фемтосекундной оптики предшествовали активные исследования в области нелинейной оптики сегнетоэлектриков, которые были инициированы в МИРЭА более 20 лет назад нынешним ректором, заведующим кафедрой ФКС, академиком РАН Александром Сиговым, широко известным в научном мире теоретиком в вопросах сегнетоэлектричества. Сегодня лаборатория фемтосекундной оптики исследует достаточно широкий круг объектов, относящихся к так называемым функциональным материалам, — это и сегнетоэлектрики (включая биосегнетоэлектрики), и магнетики, и мультиферроики. Нашими методами мы можем исследовать переключение функционального параметра (сегнетоэлектрической поляризации и/или намагниченности) в широком диапазоне частот переключения — от миллигерц до гигагерц.
Сейчас, когда все больше исследований переходит на наноуровень, мы тоже стали заниматься наноструктурированными объектами. Изучаем наноструктурированные сегнетоэлектрики, наноразмерные слои мультиферроиков. Поскольку используемые нами нелинейно-оптические методы достаточно чувствительны к малым объемам, изменению симметрии, наличию и свойствам поверхностей и границ раздела, оказывается, что использование этих методик может дать гораздо больше информации, чем, например, исследования с помощью линейной оптики или рентгеноструктурного анализа.
Еще один вид объектов, который входит в сферу интересов нашей лаборатории, — фотонные кристаллы, как полупроводниковые, так и на основе функциональных материалов. У них существует множество потенциальных способов применения. Однако, хотя уже более 10 лет в этом направлении ведутся интенсивные исследования, многие идеи использования фотонных кристаллов до сих пор остаются на уровне гипотез. Например, речь идет о том, чтобы применять эти материалы в качестве элементов оптических интегральных схем. Тут надо отметить, что фотонно-кристаллические элементы уже существуют, например фотонно-кристаллическое волокно, но это не наша сфера, мы занимаемся только фундаментальными исследованиями этих объектов в микромасштабах.
Другой очень интересный объект, связанный с высокой нелинейностью, который мы изучаем сегодня, — самоорганизующиеся биоорганические пептидные нано- и микротрубки. Минимальный диаметр трубок составляет порядка 200 нанометров, однако возможно образование трубок диаметром до 20 микрометров (при длине в несколько сот микрометров). Поэтому правильнее, конечно, называть их микрообъектами. Подобные структуры могут возникать в головном мозге человека при амилоидных болезнях, например при болезни Альцгеймера. Под влиянием определенных факторов они самоорганизуются, запускается процесс их кристаллизации, с которого и начинается развитие болезни…
Процесс самоорганизации может быть использован для создания новых искусственных материалов очень простым способом: берем раствор мономеров, капаем его на подложку, и микротрубки начинают расти без всякого нашего участия. Полученный результат очень интересен — это биологический кристалл, сформированный из пептидов. В отличие от ДНК наш кристалл имеет неспиральную структуру. Как оказалось, у биообъекта, созданного таким образом, есть множество любопытных с точки зрения физики твердого тела свойств и эффектов, которые в неорганическом мире используются для конструирования различных устройств. Объект интересен нам своей мультифункциональностью: у него наблюдаются и фазовые переходы, и пьезоэлектрические, и сегнетоэлектрические свойства (хотя наличие последних нам пока не удалось доказать напрямую, но мы над этим работаем, недавно опубликовали статью, посвященную биосегнетоэлектрикам на пептидных трубках в журнале “Физика твердого тела”).
Кроме того, что наши объекты обладают эффективными излучательными свойствами, они люминесцируют в ультрафиолетовом диапазоне при однофотонной накачке и в сине-зеленом диапазоне длин волн при двухфотонной накачке. В перспективе это может позволить биологам использовать данные объекты как биомаркеры, однако пока размер трубок слишком велик, чтобы напрямую вводить их в организм в таком качестве.
Кстати, изучение самоорганизующихся биоорганических нано- и микротрубок мы ведем отнюдь не в одиночку. Начать эту работу нам предложил Тель-Авивский университет, в этом году у нас с ним общий проект по линии РФФИ, получены замечательные результаты, мы очень довольны этим сотрудничеством. Международная кооперация занимает важное место в жизни лаборатории. Основной наш партнер — Университет Радбауд в Наймегене (Нидерланды), к слову, там когда-то работали нобелевские лауреаты Гейм и Новоселов. С этим университетом мы сотрудничаем уже 15 лет, начинали с программ INTAS, потом наладили работу через РФФИ и Нидерландскую организацию по научным исследованиям (NWO). Мы также участвуем в европейских рамочных программах научных исследований и технологического развития. Гёттингенский университет им. Георга-Августа готовит для нашей лаборатории образцы слоистых мультиферроиков, там работают наши аспиранты. Налажено сотрудничество и с молдавскими учеными — в Институте прикладной физики Академии наук Молдовы, хорошо известном еще с 1970-х годов исследованиями в области физики твердого тела и полупроводникового материаловедения и возглавляемом членом-корреспондентом АНМ, профессором Л.Кулюком, для наших исследований изготавливаются образцы полупроводниковых наноструктурированных материалов, сотрудники института помогают также с решением вопросов теоретического характера.
Надо отметить, что лаборатория фемтосекундной оптики МИРЭА — диагностическая, а это значит, что наши возможности с точки зрения изготовления материалов достаточно ограничены. Единственное, что можем делать, — двумерные фотонные кристаллы из любого сплошного материала, например сегнетоэлектрической пленки или кремния, а также отжигать сегнетоэлектрики. Поэтому как воздух нам нужно сотрудничество с людьми, которые заинтересованы в наших методиках. Партнером номер один в России сегодня является Южный научный центр РАН (Ростов-на-Дону). Профессор В.Мухортов присылает нам на диагностику уникальный материал — эпитаксиальные пленки сегнетоэлектриков, которые применяют для изготовления скоростных модуляторов. С помощью наших оптических методов мы диагностируем качество их пленок. ЮНЦ также поставляет нам образцы мультиферроиков разного типа, слоистые структуры.
Другой наш давний партнер в России — Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН (Санкт-Петербург). Оттуда приходит “полуфабрикат” — сегнетоэлектрические пленки, которые, чтобы они кристаллизовались, надо отжечь не в обычной печи, а с помощью лазера. Оказывается, это не только прикладная, но и важная фундаментальная задача: существенную роль в процессе отжига играют разнообразные термические процессы, которые имеют особенности при воздействии фемтосекундными импульсами. Подобным же образом мы сотрудничаем с Институтом кристаллографии им. А.В.Шубникова РАН и Национальным исследовательским университетом “МИЭТ”. Научно-образовательное взаимодействие у нас налажено и с кафедрой квантовой электроники физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Они частично используют наше оборудование, мы отправляем своих студентов в МГУ выполнять лабораторные работы. Обмениваемся дипломниками, профессорами и курсами лекций, стараемся всячески объединить материальные и людские ресурсы, потому что у нас есть общие темы, очень интересные обоим вузам.
За последние годы нам удалось выиграть более десятка грантов по различным федеральным целевым программам. После выполнения каждого такого проекта некоторая часть техники поступала к нам на службу. Кроме того, лаборатория фемтосекундной оптики является частью учебно-научного объединения “Электроника”, сформированного на базе факультета электроники МИРЭА еще в 1999 году, и мы можем пользоваться технической базой данного УНО. Последнее наше приобретение — в рамках проекта создания Центра коллективного пользования — сканирующий микроскоп ближнего поля SNOM alpha300S производства немецкой компании WITec. Он позволит решать абсолютно новые задачи при работе с сегнетоэлектриками и мультиферроиками: изучать доменные структуры, доменные границы и т.д.
Недавно в рамках ФЦП “Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы” силами сотрудников нашей лаборатории был создан функционирующий в режиме удаленного доступа интерактивный учебно-научный комплекс для выполнения работ на установках фемтосекундной и нелинейно-оптической диагностики наноматериалов и структур. Здесь представлено шесть блоков лабораторных работ. Не все они могут быть выполнены удаленно, но для всех созданы симуляции, благодаря которым теперь каждый (учебно-научный комплекс уже доступен он-лайн — http://www.nano.fel.mirea.ru/lwpsite/) может подробно ознакомиться с оборудованием, находящимся в нашей лаборатории, понять принципы его работы, узнать, как оно включается и выключается, как выглядят физические процессы, как считывать показатели с приборов. Этот своеобразный тренажер нацелен на широкий круг пользователей, среди них — будущие студенты не только МИРЭА, но и многих российских вузов, у которых пока нет возможности работать на реальном оборудовании в силу тех или иных финансово-организационных причин. Особенность комплекса — в возможностях по-разному комбинировать приборы друг с другом и выполнять с их помощью большой диапазон лабораторных работ.
Среди других наших достижений — ряд выигранных конкурсов по мероприятию “Развитие внутрироссийской мобильности научных и научно-педагогических кадров путем выполнения научных исследований молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательных центрах”, реализуемому в рамках ФЦП “Научные и научно-педагогические кадры инновационной России” на 2009-2013 годы. Поработать в нашей лаборатории приезжали ребята из 10 вузов-партнеров со всей России. Приезжали не просто так, а с собственными задачами и образцами. Здесь они знакомились с нашей методикой, получали новые результаты, которые потом вошли в их научные публикации и кандидатские работы. Для МИРЭА эти проекты тоже были очень интересны, потому что сотрудники нашей лаборатории так смогли понять, что именно из того, чем мы занимаемся, интересно и полезно для представителей других вузов. Если честно, из всех проектов, в которых участвовала лаборатория фемтосекундной оптики, этот я люблю больше всего, поэтому на следующий год мы обязательно собираемся снова участвовать в этом конкурсе.
Анна ШАТАЛОВА
Нет комментариев