Глава ФТИ Сергей Иванов: мы надеемся на новую Нобелевскую премию

Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН, который в октябре отметил свое столетие, знаменит плеядой Нобелевских лауреатов. О том, кто из ученых Физтеха может быть удостоен этой премии в будущем и как институт планирует обеспечить практическую реализацию научных достижений, рассказал в интервью РИА Новости врио директора института Сергей Иванов. Беседовала Виктория Уздина.

— Сергей Викторович, в 2000 году академик Жорес Алферов, долгое время возглавлявший Физтех, получил Нобелевскую премию по физике за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов. Какие достижения специалистов института, на ваш взгляд, достойны этой награды в перспективе?

— Сам принцип присуждения Нобелевской премии предполагает, что ею отмечаются научные разработки, которые уже принесли существенную пользу всему человечеству. Жорес Иванович, например, был удостоен Нобелевки за работы 1967-1970 годов. Поэтому для того, чтобы оценить перспективы получения физтеховцами новых Нобелевских премий, нужно обратить внимание в первую очередь на заметные достижения прошлых лет.

На мой взгляд, здесь следует отметить исследования в области квантовых точек, которые были сделаны в нашем институте в начале 80-х годов совместно с ГОИ (Государственный оптический институт имени С. И. Вавилова – ред.). Квантовая точка — это фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда которого ограничены в пространстве по всем трем измерениям. Образно говоря, электрон, падая в потенциальную яму, "чувствует" ее стенки, что приводит к размерному квантованию его энергии. Таким образом, электрон становится квантовой частицей с дискретным энергетическим спектром. Это свойство позволяет широко использовать квантовые точки в самых различных областях: в эффективных полупроводниковых лазерах, в нанофотонике, в качестве источников однофотонного излучения для систем квантовых вычислений (квантового компьютера), в медицине, где, будучи снабжены лекарственным радикалом и ионом магнитного металла, они позволяют целенаправленно через кровеносную систему доставлять лекарственный препарат в больной орган.

Интересно, что отправной точкой в исследованиях стало обычное цветное стекло, где полупроводниковые наночастицы в силу своих свойств создают эффект окрашивания. Сотрудник ГОИ Алексей Екимов и физтеховец Александр Эфрос просто решили более внимательно изучить этот объект — и в результате стали первыми, кто экспериментально обнаружил и теоретически описал феномен полупроводниковых квантовых точек. Это открытие, по моему и не только по моему мнению, может быть удостоено Нобелевской премии, и я искренне надеюсь, что наши ученые, которые сейчас работают в США, ее получат.

— Если от научных достижений XX века перейти к современности, то как вы оцениваете результативность текущих исследований?

— Я считаю, что сегодня для того, чтобы получить серьезный прорывной результат, нужно обратиться к экстремальным экспериментальным условиям. Они могут быть связаны, например, со сверхкороткими временами длительностью в фемтосекунды — доли секунды, которые обозначаются единицей с четырнадцатью нулями после запятой. Или с низкими температурами, буквально на тысячные доли градуса выше абсолютного нуля. И, конечно, с возможностью создавать нанообъекты и управлять их свойствами. Для этого требуется сложное дорогостоящее оборудование. Его пока не хватает, и закупки на средства грантов не обеспечивают потребности российских научных организаций в полном объеме. В итоге наши ученые выполняют блестящие теоретические работы, но зачастую отстают от зарубежных коллег по качеству экспериментальных исследований, позволяющих не только открыть какой-либо эффект, но и детально изучить его.

В Физтехе частично решить эту проблему мы предполагаем с помощью будущего центра научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР-центра), строительство которого началось в 2014 году. Сейчас его инфраструктура готова приблизительно на 80 процентов, а технический запуск запланирован на конец 2020 года — начало 2021 года. Стоимость проекта, включая затраты на его технологическое оснащение, составляет около 5,5 миллиарда рублей.

Помимо научных исследований, центр займется опытно-конструкторскими разработками в области эпитаксиальных полупроводниковых технологий. Греческое слово "эпитаксия" означает процесс роста одного кристалла на поверхности другого (подложки). По существу, это осаждение тонких полупроводниковых пленок высокого кристаллического качества. Один кристалл может состоять, допустим, из сотен слоев, отличающихся по своему химическому составу. Таким образом, возникает уникальная гетероструктура с определенными функциями — лазера, светодиода, фотодетектора, транзистора и так далее.

Если для выращивания кристаллов в зависимости от сферы применения и материалов требуется индивидуальное оборудование, то для того, чтобы сделать из этих кристаллов необходимые приборы, можно использовать одинаковые технологии травления, нанесения металлов и диэлектриков. Их называют постростовыми, так как используют после того, как выращена нужная гетероструктура. Сейчас эпитаксиальные машины поэтапно закупаются именно в увязке с "постростом", что позволит охватить максимальное количество направлений разработок ФТИ и потенциальных потребителей.

Здесь приходится учитывать, что даже перспективные научные разработки могут остаться невостребованными, если на промышленных предприятиях нет ни технологий, ни оборудования, необходимого для их внедрения. Так что мы ориентируемся в первую очередь на тех индустриальных партнеров, которые способны довести опытно-конструкторские работы до серийного производства.

Это гарантирует востребованность, а значит, гарантирует получение средств на содержание нового центра за счет успешного участия Физтеха в конкурсах на проведение НИОКР. Хотя, конечно, институт и сейчас это делает, и за счет внебюджетных источников мы получаем в среднем около 800-900 миллионов рублей в год.

— А какие разработки физтеховцев уже нашли применение в промышленности?

— Таких примеров довольно много. Одна из наших лабораторий продуктивно занимается опытно-конструкторскими разработками в области литий-ионных аккумуляторов на наноуглеродных композитах, эти результаты уже внедряются.

Не менее успешным оказалось производство переключателей для высоковольтных установок и линий электропередачи (ЛЭП), принцип действия которых базируется на исследованиях ученых Физтеха в области стабилизации вакуумной электрической дуги. Если говорить простыми словами, то наши специалисты нашли способ стабилизировать горение мощного электродугового разряда, чтобы не разрушались электроды. Эта работа была удостоена в этом году именной премии одного из бывших директоров института Бориса Павловича Константинова.

Кроме того, наш институт — несомненный лидер разработок в сфере солнечных элементов, которые представляют собой многослойные полупроводниковые гетероструктуры. Мы развиваем это направление с 70-х годов прошлого века, и первая советская орбитальная станция "Мир" была оборудована батареями, сделанными на базе научных достижений Физтеха. Новые разработки в этом направлении передаются на предприятие ПАО "Сатурн" в Краснодаре, ИСС имени академика М. Ф. Решетнева, НПП "Квант", которые серийно выпускают космические батареи.

Что касается использования солнечной энергии для наземных автономных установок, то здесь стоит вспомнить сотрудничество с группой компаний Hevel, чей завод в России производит солнечные модули. Заслуга физтеховских ученых заключалась в том, что они придумали, как перевести производственную линию этого предприятия с поликристаллического кремния на монокристаллический после обвала рынка кремния — важнейшего элемента полупроводниковых солнечных элементов. В результате завод не прекратил свое существование, как могло произойти, а перешел на выпуск продукции с более высоким КПД на том же оборудовании.

— Как вы можете охарактеризовать вклад ученых института имени Иоффе в мировую науку? В первую очередь в международный проект создания экспериментального термоядерного реактора ИТЭР?

— В проекте ИТЭР принимают участие в общей сложности 35 стран, в том числе страны Евросоюза, а также США, Индия, Китай, Япония, Южная Корея и Россия. В рамках российских обязательств по проекту Физтех занимается тремя типами диагностики термоядерной плазмы. Ключевая в этом списке связана с контролем условий ее горения. Наш диагностический комплекс, где состояние плазмы, ее температура и плотность измеряются путем регистрации томсоновского рассеяния лазерного излучения, предполагается установить в так называемом диверторе — там, где плазме разрешено касаться стенок реактора. Это сотни мегаватт энергии и огромные температуры. Вся конструкция весит около 30 тонн и составляет около 40 метров в длину.

Сейчас соответствующие разработки находятся на этапе подготовки документации по используемым методикам и техническим узлам. Назвать это бумажной работой нельзя, поскольку документация должна быть подкреплена экспериментальными исследованиями и даже отдельными опытными образцами. Дальше начнется поэтапное создание "железа", включая изготовление и интеграцию основных узлов, а также их испытания в условиях, близких к режиму эксплуатации. Затем запланирована поставка, сборка, наладка и тестирование оборудования собственно на реакторе.

Физтех планирует начать поставку оборудования в рамках проекта ИТЭР в 2025 году. В течение следующих пяти лет наши специалисты будут работать с диагностическим комплексом по месту его установки. Однако уже сейчас можно сказать, что эта международная программа стала катализатором новых научных идей. Как и любой серьезный научный проект, ИТЭР предполагает рождение исследовательских методик, диагностических средств и материалов, которые в перспективе позволят анализировать физические явления и решать практические задачи, не имеющие никакого отношения к процессу термоядерного синтеза.

За примером далеко ходить не надо. Несмотря на то, что ИТЭР еще не запущен, стало понятно, что оптическая система для управления лазерным излучением будет покрываться продуктами разрушения бериллиевых стенок реактора, то есть, грубо говоря, сажей. И ученые Физтеха нашли возможность очищать отражающие поверхности с помощью плазменного разряда, не вскрывая реактор. Этой разработкой заинтересовались все участники проекта, поставляющие на ИТЭР диагностическое оборудование.

Если же смотреть в глобальном масштабе, то договор о создании международного экспериментального термоядерного реактора предполагает, что все ноу-хау, продукты интеллектуальной деятельности и разработки по материалам становятся достоянием каждой из участвующих сторон, в том числе и России. А эти технологии, в свою очередь, могут быть использованы при реализации сопоставимых проектов уже в пределах страны.

— Привлекает ли Физтех молодых ученых для участия в международных проектах? Как, на ваш взгляд, сегодня можно вовлечь молодежь в научную деятельность?

— Вообще-то, сегодня принцип очень простой: есть внебюджетное финансирование, значит, в институте есть молодежь, нет — значит, нет. Ведь государственная стипендия аспиранта составляет "внушительную" сумму в 7,3 тысячи рублей в месяц, ординатора — около 8 тысяч рублей, и с учетом того, что академические институты в Петербурге лишены общежитий, трудно удивляться тому, что молодые люди не спешат в науку.

Если вы хотите, чтобы молодежь занималась серьезными исследованиями, то аспиранту в Петербурге нужно ежемесячно платить хотя бы 30-40 тысяч рублей. Многие лаборатории Физтеха, у которых есть гранты, проекты, контракты, вполне могут себе это позволить. Кроме того, мы выделяем иногородним аспирантам дополнительно 7–9 тысяч рублей для частичной компенсации расходов на оплату жилья, и если молодые ученые объединяются, то есть возможность снять квартиру, а не комнату.

Конечно, перспективных специалистов нужно привлекать не только решением финансового и жилищного вопросов, но и интересными разработками. Многие наши ученые читают лекции в технических вузах города, так что мы получаем приток молодых кадров, которые постепенно включаются в научную деятельность, начиная приблизительно с третьего курса. Тем более что Физтех обладает высококвалифицированными сотрудниками, готовыми работать в паре с новичками, что позволяет им развиваться быстрее в науке, рано начинать представлять свои результаты на крупных международных научных конференциях, проводить исследования в иностранных лабораториях, большое количество которых по всему миру тесно взаимодействуют с лабораториями ФТИ. А поскольку среди молодых людей сейчас преобладают все-таки прагматики, а не романтики, этот аспект тоже достаточно важен. Хотя романтики, как правило, по-прежнему более успешны в науке.