«Вся соль науки не в результате, а в творческом процессе»
27 ноября для абитуриентов Школы физико-математических и компьютерных наук пройдет День физика. Всех участников ждет лекция о полупроводниках и лазерах от Алексея Евгеньевича Жукова, научного руководителя Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники, доктора физико-математических наук, члена-корреспондента Российской академии наук. Поговорили с Алексеем Евгеньевичем о том, как он сам пришел в науку, сделал первый в мире лазер на квантовых точках и побывал на вручении Нобелевской премии.
Немного терминов
С чего все начиналось
Я закончил физико-математический лицей № 239. Там всегда нужно было много и напряженно учиться. И хоть сам я фанатом учебы не был, мне очень нравился коллектив в нашем классе: все были энтузиастами. Куда идти дальше и чем заниматься — я не знал. Просто поддался влиянию двух своих одноклассников и поступил на кафедру оптоэлектроники в ЛЭТИ — она была при ФТИ имени А. Ф. Иоффе. Оказалось, мне очень повезло.
Дальше все пошло по накатанной. На кафедре меня определили в лабораторию к Жоресу Ивановичу Алферову, в которой занимались полупроводниками. Там их выращивали и проводили измерения с помощью приборов. Вот один такой прибор я освоил. А ближе к концу учебы в лаборатории появилось новое оборудование — установка молекулярно-пучковой эпитаксии. Меня приставили к ней как молодого дипломника — так я и влился в науку.
До лаборатории особой тяги к лазерам у меня не было. У нас был всего один курс по ним, да и то он был скорее не про новые лазеры, а про старые, если можно так выразиться. Как оказалось, многое нужно было осваивать самому. Но с другой стороны, этот случай показывает одно: главное — учебная атмосфера, а остальное можно постичь и самому, если есть желание.
Работали мы очень много. Начало моей научной карьеры запомнилось мне постоянными ночными дежурствами, во время которых мы выращивали полупроводники в вакуумной камере эпитаксиальной установки. Камеру эту нужно охлаждать жидким азотом, и чтобы процесс был эффективным, азота нужно много. Но жидкий азот — достаточно дорогая штука. Чтобы не тратить его зря, мы решили работать круглосуточно. Если охладили установку в понедельник, то работать будем до пятницы. Но по молодости это нормально воспринималось.
Бывали с этой вакуумной камерой и забавные случаи: выйдешь куда-нибудь за жидким азотом, а охранники за тобой дверь закроют. Нужно было кричать, чтобы напарник или охранник впустили тебя обратно.
Как мы сделали первый в мире лазер на квантовых точках
В середине 90-х в той самой лаборатории, где я трудился, мы первыми в мире сделали лазер на квантовых точках. Это было довольно большим достижением для отечественной науки: не как полет в космос, но тоже неплохо.
Самой гонкой за квантовые точки нас заразил наш коллега, Николай Николаевич Леденцов, сейчас член-корреспондент РАН. Тогда идея о них только зарождалась, никто не знал, как их получить. Но, конечно, руководство нас поддерживало: Жорес Иванович Алферов был специалистом по гетероструктурам и гетеропереходу, а квантовая точка — как раз предельный случай такого перехода. При этом финансирования у нашего проекта поначалу не было: все строилось на чистом энтузиазме. Мы очень много работали сами, а финансирование пришло уже потом, с первыми результатами.
Первый лазер мы получили в 1994м году, а потом три года фактически топтались на месте. Такое бывает: иногда ученые получают обнадеживающий результат с первой попытки, а дальше работа стопорится. Но мы не оставляли попыток: по ходу дела все больше разбирались в свойствах квантовых точек и самих лазеров, улучшали приборные характеристики. Думаю, это и помогло нам закрепить полученные результаты.
Первую статью о нашем лазере заметили немногие ученые. Но два-три года спустя мы поняли, как нам двигаться дальше и улучшать наше исследования. Пришло признание со стороны других ученых, а к концу 90-х количество статей про квантовые точки сильно выросло.
В начале нулевых издательство Oxford University Press заказало моим ближайшим коллегам и мне в том числе монографию про лазеры на квантовых точках. Понятно, что за эти пять лет сильного скачка в науке не могло произойти, но было приятно, что нашу работу заметили. И опыт мы к тому времени уже накопили для этой книги значительный.
Как я оказался на вручении Нобелевской премии Жоресу Алферову
Жорес Иванович Алферов сделал очень много для развития полупроводникового направления. До середины 1960-х годов ФТИ имени А. Ф. Иоффе значительно меньше занимался полупроводниками. Но его труды дали понимание, что полупроводники — двигатель научно-технического прогресса. С их помощью можно делать лазеры, фотоприемники, солнечные батареи, транзисторы и другие приборы. Наше исследование Алферов тоже подхватил с энтузиазмом. Он помог создать все условия, чтобы мы могли заниматься квантовыми точками.
Когда я узнал, что Алферов получил Нобелевскую премию, то был ужасно рад и горд, как и все мои коллеги. Он был директором моей лаборатории, старшим товарищем. Тем самым человеком, с которым мы регулярно виделись и общались в коридорах. А тут раз — он Нобелевский лауреат, это здорово! Я всегда и до этого думал, что так или иначе его труды наградят Нобелевской премией. Но мне кажется, это могло произойти и пораньше: фактически он получил премию за открытия, которые совершил за 30 лет до этого.
Отдельной приятной неожиданностью было то, когда Алферов позвал меня в числе других коллег в Стокгольм — на вручение ему Нобелевской премии. Это очень большое мероприятие: там не только торжественная церемония, но и научные лекции, прием в посольстве, праздничный обед. Не все из этого я видел, но церемонию — еще как.
Чтобы пойти на вручение Нобелевской премии, нужен был фрак. А годы еще были такие, что, в общем, не до фраков… Один наш коллега договорился, что мы в Малом театре возьмем костюмы напрокат. Хватило на всех, кроме меня. Там была какая-то премьера, и фраки были нарасхват, остались только перья и шпаги. Но оказалось, можно было так не заморачиваться с театром: фраки давали напрокат в стокгольмском отеле или где-то рядом, уже не помню.
Что мы делаем в Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники
Я занимаюсь лазерами с 2000-х годов или даже раньше, сейчас — в Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники. Не стоит думать, что после квантовых точек эта тема устарела. Наоборот, лазеров сейчас очень много и очень разных. Благодаря своей простоте и компактности они фактически превратились в бытовые приборы. Поэтому сказать «Я занимаюсь лазерами» — все равно, что произнести «Я езжу на автомобиле» и не назвать марку, не упомянуть ее особенности.
В лаборатории есть лазеры, с помощью которых мы исследуем полупроводники. Светим на материал, там возникают избыточные носители заряда, и исходя из этого мы делаем вывод о свойствах и дефектах такого материала. А иногда еще можно использовать импульсную накачку и с помощью быстрого приемника наблюдать во времени, что происходит с этим материалом, как носители заряда «прыгают» по энергетическим состояниям.
Помимо этого, мы занимаемся микролазерами и тем, как их можно сочетать с кремнием. Среди полупроводниковых материалов кремний занимает первое место, его используют в том числе для создания процессоров. Но есть одна загвоздка: он очень плохо светит. И отсюда у физиков уже давно появилась идея сочетать с кремнием другие — светящие полупроводниковые материалы. Как лучше это сделать — ученые до сих пор спорят, но за последние два года наметилось несколько способов. Мы их как раз и изучаем.
Размеры — еще одна сложность в том, чтобы совместить оптические приборы с микроэлектроникой. Излучатель должен быть хоть как-то сопоставим с транзистором по размерам: то есть нужно уменьшить полупроводниковые лазеры в разы. Здесь и оптическое усиление нужно побольше, и дефекты на границах становятся заметнее.
В этом году мы активно закупаем всякие исследовательские установки, а значит, нужны сообразительные ребята, которые вместе с нами будут собирать приборы и работать на них. Каждому будет где проявить себя — приходите к нам, мы будем рады каждому талантливому и заинтересованному студенту.
Где взять вдохновение на исследования
Ученым всегда приятно, когда их предположения оказываются верными. Когда прибор показывает именно те характеристики, которые они ожидали увидеть, или когда способ их измерить оказался рабочим. Мне бы очень хотелось, чтобы интеграция светоизлучателей с кремнием была востребованной. А то в науке иногда такое бывает: ученые долго бьются над каким-то вопросом, а потом оказывается, что это никому не нужно. Не хотелось бы оказаться в такой ситуации.
Но вообще мне кажется, что вся соль науки не в результате, а в творческом процессе. И чем заниматься — физикой, математикой или историей — не столь важно. Процесс этот везде протекает примерно одинаково, просто где-то он преломляется через полупроводники, а где-то — через исторические события.
Если говорить о студентах, то к ним вдохновение может прийти откуда угодно — благодаря материалу лекции или вопросу от соседа по парте. Но едва ли не самым важным оказывается коллектив: если все вокруг нацелены на учебу, то и самому проще настроиться. А вот если настроения разгильдяйские, то будет сложновато. В Вышке в этом смысле как раз хорошие студенты: они приходят сюда не ради корочки, а для собственного развития.
Что делать, если хочется стать физиком-экспериментатором
Если вы хотите заниматься экспериментальной физикой, начинайте прямо сейчас — например, приходите к нам на День физика. Пока не попробуете что-то поделать — не поймете, насколько все это вам подходит. Когда я сам учился в 10-м классе, то и на курсы ходил, и на практику ездил. Мне постоянно казалось, что это все не про меня. Но если бы не было этого опыта, я бы потом не понял, что мне нравится именно мой вуз, моя лаборатория.
Конечно, выбор перед каждым абитуриентом стоит очень серьезный. Но не нужно думать, что он единственный за всю жизнь. Лучше относиться к нему как к попытке, тогда и страх ошибиться будет меньше. Так что желаю всем абитуриентам идти вперед и относиться к себе с юмором — тогда даже небольшая неудача не сможет вас подкосить.
День физика состоится 27 ноября в корпусе Питерской Вышки на Кантемировской. Лекция Алексея Евгеньевича Жукова о полупроводниках и лазерах начнется в 12:00, а затем можно будет посмотреть на опыты по термодинамике и механике. Чтобы участвовать, зарегистрируйтесь по ссылке.
Жуков Алексей Евгеньевич
Международная лаборатория квантовой оптоэлектроники: Научный руководитель