«Самое важное — понимание, чем ты хочешь заниматься»: магистр Питерской Вышки о работе в физической лаборатории
Алексей Караборчев — выпускник магистерской программы «Физика» Питерской Вышки и сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники. Интерес к экспериментальной физике у него появился еще в старшей школе — именно тогда он впервые оказался в научно-исследовательской лаборатории и решил связать свою жизнь с физикой. Сейчас Алексей вместе с учеными Питерской Вышки проводит эксперименты, программирует научные установки и трудится над созданием новейших технологий в электронике. В интервью он рассказал, над какими исследованиями работает, поделился, чем его удивили научные лаборатории Питерской Вышки и объяснил, как научные центры могут помочь студентам.
— Алексей, почему вы решили связать свою жизнь с физикой?
— Это получилось случайно, но я нисколько не пожалел. Будучи школьником, я планировал заниматься музыкой, но в какой-то момент моя мама записала меня на курсы по физике. На занятиях нам рассказывали о каких-то неведомых мне вещах, например, о кварках. Я совершенно ничего не понимал, но от этого было интереснее! Появился азарт, и я понял — мне интересно, я хочу во всем разобраться.
Затем я поступил в физико-математический лицей № 239. В 10–11-м классах нам нужно было обязательно проходить стажировку в одном из петербургских исследовательских университетов, и там я увидел научные установки: на них велась активная работа, создавались устройства, которые могли изменить современные технологии. Там я научился паять, участвовал в напылении металлов на различные гетероструктуры, наблюдал за работой сканирующего электронного микроскопа. Я пытался разобраться, как это все функционирует и, наверное, именно тогда подумал, что хочу связать свою жизнь с физикой.
Некоторое время я размышлял, какой областью физики я бы хотел заниматься. С одной стороны, мне нравились астрономия и астрофизика, с другой — я бы хотел изучать микро- и нанообъекты. Тогда я решил, что мне более интересно работать с тем, что я могу потрогать руками. То есть я хотел иметь возможность увидеть результаты своих исследований. Вдруг структуры, которые мы изучаем, станут основой для фотоники, или нашу новую гетероструктуру будут использовать повсеместно в электронике. В итоге я остановился на нанотехнологиях.
Соответственно, в бакалавриат я поступил на физический факультет. Там я изучал основы физики, а на старших курсах погрузился в более специализированные области: в квантовую оптоэлектронику, физику конденсированного состояния и т. д. Параллельно с учебой я работал в научной лаборатории, чтобы подкреплять теоретические знания практикой.
— Как вы поступили в магистратуру Питерской Вышки и почему выбрали именно нашу программу?
— На мой взгляд, магистратура должна давать значительно больше знаний, чем бакалавриат. Поступая в магистратуру, ты должен сделать рывок и во время учебы стать профессионалом в своей сфере. Поэтому я решил, что нужно менять университет и лабораторию, потому что в каждом исследовательском центре существуют свои научные подходы, свои методики. Чем разнообразнее твой опыт, чем лучше.
Про Питерскую Вышку я услышал от своего коллеги. Потом, на одной научной конференции по физике, познакомился с сотрудниками Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники. Меня пригласили на небольшую экскурсию, которая очень удивила — я не думал, что в лаборатории может находиться столько новых научных установок. Также меня впечатлило количество направлений исследований, над которыми работали в лаборатории. Мне захотелось присоединиться к работе ученых Питерской Вышки и, соответственно, поступить в магистратуру. Вдобавок я узнал от преподавателей, что на программе «Физика» планируется открыть трек «Физика и технология наноструктур» и ищут абитуриентов, которые хотят заниматься экспериментальной физикой. Так я и оказался в Питерской Вышке.
— Какими исследованиями вы планировали заниматься в лаборатории? И какими занимаетесь сейчас?
— Нанотехнологии — это очень обширная тема, в которой можно найти множество самых разных направлений. Для себя я выделил несколько: это оптоэлектроника (светодиоды, лазеры), 2D-полупроводники и фотовольтаика. Мне было интересно проводить исследования в любой из этих сфер, поэтому, когда меня подключили к работе с микродисковыми лазерами, я остался доволен.
Сейчас я занимаюсь исследованием миниатюрных излучателей — микродисковых лазеров. Внутри этих дисков электромагнитная волна распространяется по кругу и почти полностью отражается от стенок резонатора, поэтому при их маленьком размере (единицы микрон) они обладают высокой добротностью и малыми значениями порогового тока, необходимого для достижения лазерной генерации — одного из важнейших параметров для лазеров. Такие микролазеры могут быть излучателями для фотонных интегральных схем, в которых — в отличие от электрических схем — передача информации происходит при помощи света, а не электрических сигналов. Отсюда несколько преимуществ: во-первых, информация передается быстрее, во-вторых, устройство ловит меньше помех, а в-третьих, такие микросхемы меньше греются. Так что если использовать в телефонах, ноутбуках и прочей технике фотонные интегральные схемы, то мы можем значительно увеличить качество и скорость передачи данных. А внедрение микродисковых лазеров позволит нам сильно уменьшить размеры этих микросхем.
Моя магистерская диссертация тоже была посвящена этой теме — я исследовал инжекционные микродисковые лазеры на основе квантовых точек. В качестве активной области в лазерах можно использовать различные структуры, и от этого свойства лазеров будут меняться. В ходе одного из исследований я брал один лазер и пропускал через него ток. Изменяя силу тока, я мог наблюдать лазерную генерацию на разных уровнях в квантовых точках: на основном или возбужденном состояниях или же одновременно на обоих. Таким образом, мы можем закодировать больше бит и увеличить скорость передачи данных.
— Как вы считаете, научные лаборатории и их сотрудники помогают студентам-физикам во время и после учебы?
— Безусловно. Самое важное, что дает лаборатория, — понимание, чем ты хочешь заниматься: проводить измерения, обрабатывать данные, писать научные работы, разрабатывать и программировать установки и т. п. Например, в моей области после выпуска из университета можно уйти либо в науку, либо в индустрию — работать над частными заказами. И благодаря опыту работы в лаборатории можно решить, какая деятельность тебе нравится больше. Мне удалось поработать с несколькими научными группами, которые занимались разными исследованиями, и лично убедиться, что все знания, которые нам дают на занятиях, очень полезны на практике. Так что я думаю, что работа в лабораториях студентам необходима.
Наверное, некоторые ребята могут бояться, что им не хватит каких-то навыков для работы в лабораториях. Но на своем опыте могу сказать, что в Вышке к начинающим экспериментаторам относятся с пониманием и стараются помочь: рассказывают, как действуют установки, учат проводить измерения или объясняют теорию.
— Что вам больше всего нравится в научной работе в лаборатории?
— Больше всего мне нравится проводить измерения и программировать установки. Когда-то у меня возникали мысли о переходе из области физики в IT. Но в какой-то момент в лаборатории появилась задача, для которой нужны были навыки программирования. Я за нее взялся и теперь занимаюсь написанием софта для установки по деградации лазеров. То есть получилось совместить физику и IT. Это мне тоже нравится в нашей лаборатории — возможность переключаться между различными задачами и получать совершенно разные навыки.
Еще мне нравится, когда во время работы приходит вдохновение. В такие моменты не хочется останавливаться, а только продолжать, пока не получишь наконец результат измерений или эксперимента. Но иногда такие исследовательские порывы все же приходится прерывать, потому что лаборатория и весь университет закрываются на ночь…
— Какие исследования и эксперименты вы бы хотели провести в будущем?
— Я бы хотел освоить методику время-разрешенной спектроскопии фотолюминесценции, которая позволяет изучать динамику и времена жизни носителей заряда внутри исследуемых объектов. В нашей лаборатории стоит такая установка, и пока что я только начал изучать принципы ее работы. Но уже в ближайшем будущем я планирую проводить такие исследования на интересующих меня образцах.
Если говорить про свои планы более масштабно, то я собираюсь продолжать работать в Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники и развивать свои навыки. Я уже поступил в аспирантуру Питерской Вышки на программу «Физика полупроводников». Благодаря лаборатории и аспирантуре я уверен, что у меня будет много возможностей для развития и я смогу проводить самые разные исследования и осваивать много новых технологий.
Магистерская программа «Физика» готовит физиков-исследователей в области оптоэлектроники, нанофотоники и полупроводниковых наноструктур. Во время учебы магистранты проводят собственные исследования, занимаются созданием нового поколения оптоэлектронных приборов и учатся работать со сложной экспериментальной техникой. Выпускники программы могут работать в ведущих научно-исследовательских центрах и в частных корпорациях: проводить экспериментальные и теоретические исследования, создавать оригинальные полупроводниковые приборы.