От спинов и двумерных материалов до цунами и торнадо: что изучают физики Вышки

© iStock

Международная лаборатория физики конденсированного состояния изучает сложнейшие процессы взаимодействия молекул и атомов твердых и жидких веществ, квантовую механику этих процессов и тончайшие двумерные материалы. Физики Вышки совместно с коллегами из ведущих академических институтов исследуют свойства сверхпроводников и топологических материалов, явления при сверхнизких температурах, проблемы турбулентности и гидродинамики.

Привлечение аспирантов и студентов к исследовательской работе позволяет передавать опыт ведущих специалистов, воспитывать новые поколения ученых. О работе лаборатории новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с ее руководителем Юрием Махлиным.

— Когда была создана лаборатория?

— Лабораторию создали почти 10 лет назад, в 2016 году, как ядро организованного вскоре факультета физики. В ней собрались коллеги, помогавшие в формировании факультета и сейчас активно участвующие в его развитии. Идея была в том, чтобы студентам и аспирантам преподавали активно действующие ученые. Это существенно повышает уровень лекций и семинаров и вовлекает молодежь в современную науку.

— Как бы вы объяснили, что такое конденсированное состояние и его особенности, человеку, не погруженному в физическую науку?

— Это название очень широкой области современной физики. Отчасти это аналог физики твердого тела. В отличие от газов, в жидкостях и твердых телах атомы и молекулы находятся ближе друг к другу, поэтому как взаимодействие между ними, так и квантовые явления играют большую роль, чем в газах. Вместе их называют конденсированным состоянием. Такое название появилось во второй половине ХХ века, резонно изучать эти системы в рамках одних подходов. Часто этим названием хотят подчеркнуть заметную роль квантовых явлений в исследуемых системах. Они приводят к очень необычным свойствам, например известному явлению сверхпроводимости (пропусканию тока без сопротивления), открытому экспериментально чуть больше ста лет назад.

— Каковы основные направления работы вашей лаборатории?

— Мы занимаемся многими вопросами современной физики конденсированного состояния. Особый интерес вызывают системы малых размеров, эту область часто называют нанофизикой. В частности, мы занимаемся электрическими транспортными свойствами, переносом заряда и спина в системах из сверхпроводников, гибридных системах из сверхпроводников и нормальных металлов, магнетиков, физикой магнетизма.

Еще одно направление — физика двумерных материалов, очень тонких. Один из самых знаменитых таких материалов — графен, за открытие которого Константин Новоселов и Андрей Гейм получили Нобелевскую премию по физике. У этих материалов очень необычные физические свойства и много сфер применения.

Мы также изучаем квантово-когерентные и топологические явления в небольших системах, это направление связано в том числе с квантовыми компьютерами и квантовыми вычислениями и технологиями. Мы исследуем физические основы их устройства.

Еще одно направление — гидродинамика и физика турбулентности. Изучение турбулентности, т.е. случайных хаотических потоков частиц, связано с физикой атмосферы, например возникновением в ней упорядоченных потоков, таких как ураганы и торнадо. Тесно связанный с этим вопрос — передача электромагнитного сигнала через атмосферу. Турбулентность способна подавлять сигнал, и важно описать, как это происходит, понять, как можно поддерживать качество сигнала и, с другой стороны, как его искажения помогают изучить атмосферу.

Юрий Махлин (справа)

© Высшая школа экономики

— Вы говорили про спины, поясните, пожалуйста, что это за явление.

— Электроны помимо заряда имеют спин, который часто описывают как вращение электрона вокруг своей оси. С ним связаны магнитные свойства электрона. Направление науки, изучающее связь спина и электронных явлений, обычного зарядового и спинового тока, получило название «спинтроника». Обнаруженные явления позволяют, например, удобно управлять током при помощи магнитных полей.

— Лаборатория занимается фундаментальной наукой или прикладными исследованиями?

— Мы преимущественно сосредоточены на фундаментальных исследованиях и фокусируемся на понимании основных физических принципов, можно сказать, стремимся изучить, как устроен мир. Конечно, приложения ожидаются, их развитием на основе этих физических принципов и занимается прикладная наука, но наш приоритет — именно фундаментальные исследования.

— Можно ли говорить о практических результатах деятельности лаборатории, использовании их в прикладных целях?

— По правде говоря, меня огорчает, что сейчас фокус внимания явно сместился от фундаментальной науки к прикладным результатам. Человечество всегда понимало самоценность процесса познания мира — и в средневековых монастырях, и в эпоху Просвещения, и в XIX веке, и в советское время, и хотелось бы, чтобы это понимание сохранялось. Без развития фундаментального знания не будет и никаких прикладных достижений. В нашей области прикладные результаты непосредственно следуют за фундаментальными, большого разрыва здесь нет. Однако в первую очередь мы исследуем мир, в нашем случае — физику конденсированного состояния.

— Современная наука требует сложного и дорогостоящего научного оборудования. Как вы решаете эту проблему?

— Наша лаборатория формировалась как партнерская с ведущими академическими институтами: Институтом теоретической физики им. Л.Д. Ландау, Институтом физических проблем им. П.Л. Капицы, Институтом физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна, Институтом спектроскопии, Физическим институтом им. П.Н. Лебедева. Мы опираемся на уникальные возможности наших партнеров, что крайне важно для активной научной работы, в том числе для молодежи, наших студентов и аспирантов, получающих возможность работать на современном научном уровне. Это очень полезное для нас сотрудничество.

— С какими подразделениями Вышки вы взаимодействуете?

— Например, с МИЭМ. Имеются общие интересы с факультетом математики. Мы также взаимодействуем с коллегами с ФКН в области квантовой информатики.

— Как в нынешних условиях продолжается работа с иностранными учеными?

— Разумеется, возникли определенные сложности, институциональное взаимодействие ограничено, но на индивидуальном уровне мы поддерживаем отношения с зарубежными коллегами, публикуемся в международных журналах.

В последние годы мы активно контактировали с коллегами из Китая и Индии, имеющими с нами общие научные интересы, будем развивать эти связи.

© iStock

— Какие достижения лаборатории и коллег вас радуют?

— Важно, что мы работаем и занимаемся интересными для научного сообщества вопросами, наши работы известны, мы продолжаем общаться и работать с коллегами.

Сначала коллеги в России и за рубежом удивлялись, что физики делают в Высшей школе экономики, но вскоре лаборатория стала узнаваемой, и репутация Вышки как научного университета растет.

Кроме того, мы рады, что удается подключать молодежь к исследованиям активно работающих научных групп.

— Насколько активно в деятельности лаборатории участвуют студенты и аспиранты?

— Мы много работаем над интеграцией молодежи, наших студентов и аспирантов, в научную работу. За последние пять лет у нас защитились 11 аспирантов-выпускников, большинство из них работает в фундаментальной науке, в том числе в нашей лаборатории и в академических институтах, а некоторые — в научных подразделениях технологических компаний.

— Вы хотели бы видеть в лаборатории больше состоявшихся ученых или молодых исследователей?

— Нужны и те и другие, важный пункт нашей работы — их сплав, полезный для обеих сторон: ведущие специалисты на переднем крае современной науки передают свой опыт, навыки и интуицию новому поколению ученых, помогают их научному росту.

— Как результаты работ используются в учебном процессе?

— Наши сотрудники — активные ученые-исследователи. Их высокий уровень понимания современной физики, конечно, сказывается на учебном процессе, а студентам и аспирантам позволяет быстрее и лучше понять, что происходит в науке, и встроиться в исследования.