«Моя цель — стать ординарным профессором»

Михаил Саматов занимается теоретическими исследованиями перовскитных солнечных батарей. В интервью проекту «Молодые ученые Вышки» он рассказал о работе на суперкомпьютере Вышки, сотрудничестве с Пекинским университетом и умении делать мебель.

Когда я начал заниматься наукой

На втором курсе бакалавриата, причем совершенно случайно. Я услышал, что в Вышке есть такая практика, как работа преподавателей со студентами. Я подумал: «А почему бы не попробовать?» И подошел к преподавателю, который нравился мне тем, как он общался со студентами. Это был Андрей Сергеевич Васенко. Он пригласил меня на семинар. Я слушал и не понимал, о чем там говорили, но было интересно. Мне выдали несколько статей, одну я читал недели две, пытаясь вникнуть в суть…

Даже когда на моем четвертом курсе вышла первая научная статья, где я был соавтором, я все еще не понимал, какой наукой я занимаюсь и зачем. Да, я решил какую-то задачку, получил красивый ответ, мы это опубликовали. То есть результат признала общественность. Но было непонятно, при чем тут я.

Затем меня позвали в проект по биологии. Я сделал математические расчеты. Вышла еще одна статья — сильная, в журнале первого квартиля. И только потом я нашел свое направление и последние несколько лет занимаюсь только им. И уже есть понимание, зачем мне это надо, что такое наука и как с ней дружить.

Что я исследую

Я занимаюсь перовскитами. Этот минерал нашли на Урале в 1839 году. Как оказалось, его можно отлично применять в солнечной энергетике. Перовскитные солнечные панели более эффективны, чем привычные кремниевые. Оптоэлектронные свойства у перовскитов уникальные, а цена панелей гораздо ниже, потому что для кремниевых нужен чистый кремний, а его очень дорого очищать. Таким образом, это становится уже не просто наукой ради науки, когда исследования ведутся в надежде открыть что-то новое, а наукой ради конкретного продукта. В Китае, допустим, уже начали строить целую солнечную электростанцию на перовскитах. Я работаю с ними как теоретик: описываю механизмы и процессы, которые в них происходят.

Мой рабочий инструмент

Суперкомпьютер Вышки «cHARISMa». На нем можно проводить всевозможные моделирования структуры перовскита. Как поведет себя структура с большим количеством границ зерен, по сути швов, скрепляющих маленькие кристаллики вещества? Как это повлияет на свойства солнечных панелей? Все это можно описать математически и заранее смоделировать. А затем, опираясь на полученные результаты, проводить дополнительные расчеты: анализировать смещения атомов, диффузию и другие процессы, чтобы понять, что именно будет происходить и как это скажется на работе солнечных панелей.

Как я выбираю темы для статей

Я ищу теоретические объяснения фактам, которые уже подтверждены экспериментально. Например, известно, что межзеренные границы в материале снижают эффективность солнечных панелей. Но одно дело — зафиксировать это в эксперименте, и совсем другое — понять, почему так происходит. Для этого мы строим математические модели, смотрим, как эволюционирует структура материала, как смещаются атомы и что происходит внутри.

И выясняется, что атомы брома начинают мигрировать, появляются вакантные места, уменьшается число свободных электронов, и из-за этого падает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. Этому как раз и была посвящена моя первая статья по теме ионной миграции.

Чем я горжусь

Результатами в области перовскитов. До этого я занимался сверхпроводимостью, биологией — это тоже были новые и важные исследования, но без понятного практического вектора. Здесь же есть конкретный продукт, который нужно улучшить. Я провожу расчеты, предлагаю решения и получаю результат. У меня уже есть несколько статей с предложениями по улучшению перовскитных солнечных панелей.

Сейчас мы сотрудничаем с Китаем, и для меня это особенно важно, потому что наша группа, занимающаяся перовскитами, совсем небольшая. В команде — мой научный руководитель, я как аспирант и старший преподаватель, несколько студентов, которые только начинают включаться в работу, и исследователь из Китая, приехавший к нам на постдок. Он проработал два года и решил остаться еще.

Несмотря на немногочисленность группы, мы уже сотрудничаем с Пекинским университетом, и об этом говорит весь институт. Все началось с того, что мой научный руководитель сказал: мы хотим сотрудничать. Ректор Вышки поехал в Пекин подписывать соглашение. А потом, во время визита Си Цзиньпина в Россию на празднование 9 Мая в прошлом году, среди подписанных документов оказалось соглашение о сотрудничестве Вышки с Пекинским университетом. И я понимаю, что в этом есть вклад и нашей группы.

Где могут использоваться перовскитные батареи

Последние наши исследования связаны уже не с применением в повседневной жизни, а с использованием в космических спутниках. Кремниевые солнечные панели жесткие и должны оставаться прямыми, а перовскитные можно изгибать почти как угодно. При этом их эффективность может быть выше, что делает их особенно удобными для космоса.

Спутники работают за счет солнечных панелей: они питают камеры, системы связи и двигатели, которые корректируют курс аппарата. Именно благодаря таким спутникам мы видим снимки Земли на картах или получаем метеорологические данные.

А если отправлять аппарат дальше, например к Юпитеру, солнечные панели становятся еще важнее. Они улавливают фотоны света и превращают их в электроэнергию, которая поддерживает работу всего спутника.

Но сразу возникает вопрос: как такие материалы ведут себя в условиях космической радиации и вакуума? Что там происходит на уровне структуры? В английском языке термин radiation более общий, а у нас обычно разделяют радиацию и, например, столкновения с частицами — протонами и другими высокоэнергетическими частицами. В космосе их много, и скорости у них очень большие. Если такой протон попадает в солнечную панель, он может повредить структуру и снизить эффективность.

В малых масштабах это не критично, но при накоплении повреждений на большой панели потери становятся существенными. Есть понятие self-healing — самовосстановление, когда небольшие нарушения структуры могут со временем компенсироваться: атомы смещаются и возвращаются в более устойчивое положение. Но насколько это работает в перовскитных солнечных панелях — открытый вопрос.

О спутниках, запущенных Вышкой

У Вышки есть собственные спутники, поэтому достаточно разработать солнечную панель и передать ее для установки. Прямо сейчас вышкинские спутники летают над нами и собирают разные данные. Правда, ни одного спутника с перовскитными панелями мы еще не запустили. Работаем над подготовкой. Нужно тесное взаимодействие с экспериментаторами, которых у нас пока немного, но команда постепенно формируется. Думаю, со временем в Вышке появятся полноценные экспериментальные лаборатории по перовскитам. Пока что они есть в Сколтехе и МГУ.

К чему я стремлюсь

Иметь контракт до конца жизни и возможность работать над чем угодно сколько угодно. В Вышке есть ординарные профессора с бессрочным контрактом, в МИЭМ их трое. Это хорошая цель, к которой стоит стремиться, потому что она дает больше свободы и возможностей в научной работе. Из ближайших целей — получить гранты РНФ. Это не только финансовая поддержка, но и определенный уровень признания научной работы. Раньше моей целью был президентский грант, и к концу аспирантуры я его получил.

О работе за границей

Совсем уезжать куда-то я не хочу. Мне бы хотелось работать здесь и периодически ездить в Пекинский университет — на две недели, на месяц. Такой формат помогает оставаться внутри обоих научных процессов. Когда люди работают в разных странах и почти не видят друг друга, сотрудничать гораздо сложнее.

Поездки очень помогают — дают мотивацию, новые идеи и задачи. Во многом поэтому ученые и ездят на конференции: чтобы слушать коллег, обсуждать исследования и находить новые направления работы.

Мне понравился Китай, хотя подход к науке там отличается от нашего. Они очень ориентированы на публикации: статьи должны выходить чуть ли не каждый месяц. Это выглядит почти безумно, но при этом дает огромное количество результатов.

О тысяче цитирований

Цель любого ученого — опубликовать работу, которая наберет тысячу и больше цитирований. Такие статьи считаются результатами мирового уровня и позволяют войти в научную элиту.

Например, Стив Плимптон разработал программу LAMMPS, которую я использую для расчетов. По этой программе опубликована статья, набравшая порядка 17 тысяч цитирований. Сейчас LAMMPS — одна из ключевых программ для молекулярной динамики, и она постоянно развивается. С ее помощью можно моделировать поведение атомов: запускаешь расчет и наблюдаешь, как частицы движутся внутри структуры. Сами уравнения существовали и раньше, но была найдена эффективная численная реализация, которая позволяет получать результаты не за годы, а за две недели.

Если бы я не стал ученым

Было две развилки. После школы я мог пойти учиться на врача. Их у нас в семье очень много: папа, дедушка, братья дедушки. Либо выбрать техническое направление, что я и сделал.

Вторая развилка уже в институте: оставаться в прикладной электронике или уходить в науку. Мне тогда больше нравилась программная часть — писать код, разрабатывать программы. Я этим активно интересовался, но в итоге выбрал науку.

Если бы пошел в медицину, скорее всего, стал бы хирургом — в семье считают, что у меня к этому были все способности. Кровь меня совершенно не пугает. Как и весь богатый внутренний мир человека.

С кем бы я хотел встретиться

С Ричардом Фейнманом. Про него говорили так: это человек, который знает всю физику. Лауреат Нобелевской премии и многих других премий, Фейнман работал в топовых университетах, ездил по миру, читал лекции. Я бы хотел спросить у него, как он всю жизнь занимался наукой и не терял к ней интерес. Сохранял мотивацию и добивался выдающихся результатов. Возможно, он был гением, возможно, настолько сильно любил науку, а может, здесь другой, неочевидный секрет.

Он интересен мне еще и потому, что он ближе к нашему времени по сравнению с классическими великими учеными. Можно назвать Альберта Эйнштейна или других выдающихся исследователей, но они жили в совершенно иной научной и исторической эпохе. А Фейнман работал уже в условиях, близких к современным, и его подход к науке во многом похож на то, как работают ученые сегодня.

Как устроен мой обычный день

Я жаворонок и стараюсь основную работу делать в первой половине дня. Самые сложные задачи решаю до трех-четырех часов дня. А потом занимаюсь другим. Могу почитать статьи или поработать над графиками. Это долгий процесс, немножко даже муторный. Иногда приходится даже подбирать цвета, чтобы они в статье смотрелись хорошо. Еще на вторую половину дня я оставляю встречи, семинары, выступления, разговоры с друзьями и с коллегами. А вечер — это мое личное время, когда я отдыхаю.

Бывает ли у меня выгорание

Мне повезло, что я занимаюсь теоретической наукой и некоторые расчеты ставлю на две недели. Если вдруг я понимаю, что выгорание близко, я могу всегда поставить сложные расчеты, которые требуют большого времени, и сконцентрироваться на своих делах. Уже через неделю я обычно понимаю, что отдохнул и могу дальше работать. А если с кем-то поговорить в это время, поучаствовать в семинарах или съездить на конференцию, то готовность работать еще увеличивается.

Чем я увлекаюсь, кроме науки

Я люблю работать руками — с деревом, с металлом. Я могу делать мебель. Или часы из дерева. Сам ремонтировал свою квартиру. Могу поменять плитку, собрать шкафы. Причем не купить готовые к сборке, а именно сделать.

Что последнее я читал и смотрел

Чтение мое концентрируется на работе: после статей буквы перед глазами перемешиваются, читать не получается. А из кино мне нравится Гай Ричи. Иногда смотрю российские сериалы. Очень хороши «Вампиры средней полосы» с Юрием Стояновым.

Совет молодым ученым

Набраться терпения. Результаты невозможно получить быстро, особенно в начале пути. Часто уходят годы на изучение темы и попытки выйти на новые результаты. Иногда кажется, что ты стоишь на месте, хотя на самом деле идет накопление опыта.

Да, есть научный руководитель, который направляет, но все равно значимые результаты требуют времени. Иногда на подготовку хорошей работы уходит от полугода до года. Поэтому начинающему ученому важно понимать, что это долгий процесс.

Мою первую научную статью я писал около трех лет. Я был соавтором и выполнял основные расчеты, а текст и часть результатов делали другие участники. Первая статья дает очень важное понимание того, как устроена научная работа. После нее появляется ощущение, что ты уже действительно ученый.

Любимое место в Москве

ВДНХ. Она близко от Долгопрудного, где я живу, и раньше я часто туда ездил, особенно когда еще работал монорельс. На ВДНХ всегда много выставок, зимой — большой каток. Это крупный парк недалеко от дома.