Историческая эпоха метаматериализма
Лауреат премии призидента РФ. Павел Белов. Фото Александра Дроздова
Формулировка премии в 2,5 млн рублей — «за значительный вклад в развитие отечественной науки и в инновационную деятельность»». 32-летний кандидат физмат наук ведущий научный сотрудник Санкт- Петербургского госуниверситета информационных технологий, механики и оптики Павел Белов получил ее «за результаты исследований в области физики метаматериалов и разработку устройств передачи и обработки изображений со сверхразрешением»». Премию Павел получил — и улетел в Лондон, потому что еще и там работает. А вернувшись, рассказал и о метаматериалах, и о шапках-невидимках, и о том, что российские студенты умнее прочих, и о том, что программа «жилья для молодых ученых»» не панацея.
— Павел, метаматериалы — это...
— ...искусственные среды с такими электромагнитными свойствами, которых нет в природе в обычных материалах.
Пример из оптики: берете стакан с водой, кладете туда ложечку; свет в воде преломляется, поэтому и ложка визуально надломится под маленьким положительным углом. Так вот, можно создать среды с отрицательным преломлением, где ложка как бы изогнется на 90 градусов, то есть преломится не как в обычной среде.
Свойства обычных материалов ограничивали нас, а в метаматериалах можно снять эти ограничения. Вот вы можете, покрыв объект каким-нибудь материалом, сделать его, объект, невидимым? Не можете. Потому что все материалы видимы. А с помощью метаматериалов можно создать что-то наподобие шапки-невидимки — покрытие, которое обводит свет вокруг объекта.
— Шапку-невидимку уже можно сделать?
— Разработка метаматериалов — это направление новое, существует всего 10 лет, и до практического применения еще далеко. А невидимостью занимаются только последние пять лет. В прошлом году эксперименты показали, что можно сделать объект невидимым в зеленом свете. Сейчас задача — сделать его невидимым для всего видимого спектра.
Эти разработки получают большое финансирование, в том числе военное, — все хотят иметь невидимые танки, невидимых солдат. С солдатами, правда, сложнее: для невидимости нужно покрыть объект со всех сторон. Самое удобное в этом смысле — объект, находящийся в воздухе. Так что ограничения остаются: мы делаем метаматериалы со свойствами, которых нет в природе, но законы природы обойти не можем.
Есть еще одна область в метаматериалах, которой я занимаюсь. Сейчас перед человечеством встала глобальная проблема: электроника себя исчерпала, дошла до своего предела. Скажем, уже практически невозможно сделать процессор быстрее. Все говорят, что нужно переходить на фотонику, чтобы работали не электроны, а фотоны, — это увеличит скорость в тысячу раз. Сложность в том, что в электронике-то мы знаем, как все устроено, а с фотоникой непонятно, из чего что собирать. Грубо говоря, нет проводочков, которые можно к чему-нибудь подсоединить.
Сейчас в мире развивается такое направление: метатроника — при помощи метаматериалов все, что работало в электронике на микроволнах, можно перенести в оптический диапазон, чтобы оно работало на фотонах. В моей лаборатории в ИТМО удалось разработать структуры, которые ведут себя практически как проводники, но в оптическом диапазоне.
И еще одно направление. Создание наноскопа. Человечество уже столетия делает микроскопы, видит с их помощью микромир, но преодолеть предел в микрон не может. Наномир нам не виден: природа устроила так, что глазу недоступны детали, меньшие, чем длина световой волны. А длина волны — это 400 — 1000 нанометров.
В лаборатории мы пытаемся переиначить этот закон. Если в простых материалах увидеть наномир нельзя, то с помощью метаматериалов можно сделать такую насадку, наноскоп, которая увеличивает наноразмерные детали до размеров
в микроны. Другое дело, что наноскоп пока только разрабатывается. Но мы первые в мире (и пока единственные) смогли показать, что это возможно.
— Постойте: столько разговоров о наномире — а мы не видим, что в нем происходит?
— В том-то и дело. Сейчас человек может видеть наномир только «точечно»: дорогущий оптический ближнепольный микроскоп тоненькой-тоненькой иголочкой сканирует поверхность, отточки к точке. Если в микроскоп мы видим, что там, в микромире, происходит, то процессы в наномире в динамике пока видеть не можем.
— Охватывая все вышесказанное: не возникает моральный вопрос — что-то вроде «я, ученый, работаю на военных, на эти технологии убийства»?
— Почему же обязательно только на военных? Например, третья часть нашей работы относится к медицине. Я с коллегами из Бельгии и Испании работаю над улучшением свойств томографов.
Нынешние томографы имеют ограничения по разрешению и по чувствительности. А при помощи гиперлинзы, которую мы сделали, можно сканировать, допустим, кисть руки с повышенным разрешением и повышенной чувствительностью. Экспериментальные образцы уже работают в клиниках Бельгии и Испании. Почему не у нас? Потому что там несколько большая заинтересованность.
— Если технология метаматериалов рванет вперед, то где? В России, в Китае, в США?
— Если рванет, то везде. Мир сейчас так устроен, что локально технологию не разработаешь. На начальной стадии, когда разрабатываются основы, необходимо, чтобы этим занималось множество ученых. «Секреты фирмы» появляются, когда речь заходит о каком-то конкретном устройстве, которое ставится в определенный коммерческий продукт.
В любом случае Россия тут не отстает. Точнее, «наши люди» не отстают: большинство лидирующих в этой области специалистов за рубежом — уехавшие русские. Те, кто работает в России, — тоже высокого уровня профессионалы, но их несколько меньше.
Правда, ситуация меняется: я, например, работал за рубежом, но вернулся, потому что сейчас есть возможность работать здесь. Можно получать гранты, платить студентам, чтобы они не в «Макдоналдсе» работали и в лабораторию приходили не из чистого энтузиазма, а чтобы именно трудились в науке и получали за это деньги.
Студенты наши, я считаю, до сих пор самые умные в мире — я могу сравнивать с финскими и английскими студентами. У нас можно взять третьекурсника, подучить его, и к четвертому курсу он будет генерировать результаты на мировом уровне. В Англии пришлось бы брать аспиранта. И то не факт. Потому что он может заявить: вот этих знаний для решения вашей задачи у меня нет, потому что я этот курс в институте не брал, он мне был неинтересен. А наш студент откроет книжку, ознакомится и возьмется.
— Говорите, студенты — лучшие. Но ведь это поколение, рожденное в 1990-х. Развал образования, то-се. С чего это они остаются самыми умными?
— По сравнению с третьекурсниками пятилетней давности сегодняшние действительно слабее. Но по сравнению со средним зарубежным уровнем они все равно очень сильны. Видимо, настолько серьезный запас прочности в российском образовании.
Государству просто надо продолжать развивать систему грантов, чтобы потенциал накапливался. Наука — не та сфера, где дашь денег и завтра получишь результат. Мне, например, для работы нужны кадры, а их нет, потому что за годы безденежья они не были выращены. В моей лаборатории сейчас работают шесть студентов; буду набирать больше...
— Вы-то сами как умудрились остаться в науке и не уйти в бизнес?
— Из моих сокурсников в науке остались только я и еще один человек. Я закрепился, потому что мне достался хороший научный руководитель — профессор кафедры физики Константин Руфович Симовский. Люди, которые занимаются наукой, требуют правильного управления, иначе они могут уткнуться в стеночку и заниматься тем, что интересно исключительно им. Симовский с коллегами из Финляндии разрабатывал антирадарные покрытия для технологии «СТЕПС», делающие самолеты невидимыми для радаров, — и привлек меня.
Это было некоторым образом предтечей моей работы с метаматериалами... Вот что в науке хорошо: в бизнесе пределы, в общем, видны (скажем, достигнешь определенной должности — и порог), а в науке нет предела, можно изменять направление. Так что я не прогадал. Хотя, для того чтобы остаться в науке, пришлось уехать: когда пошел в аспирантуру, у меня уже была семья, на стипендию 2 тысячи рублей не прожить. Поступил в аспирантуру в Финляндии, где стипендия чуть меньше 2 тысяч евро.
Параллельно защитил обе кандидатские — и в России, и в Финляндии. В шесть утра в понедельник садился в машину, в одиннадцать был уже в Хельсинки; неделю работал; в конце недели ехал в Петербург. Сложновато, зато в Финляндии занимался радиофизикой, в ИТМО — оптикой. Двумя непересекающимися областями. Было интересно.
— В Финляндии сильные научные руководители?
— Да у меня и в Финляндии научный руководитель был русский! Профессор Сергей Анатольевич Третьяков. Сейчас — ведущая фигура в Европе в области метаматериалов.
...В 2003-м я пытался в России что-то делать, писал заявки на гранты — ничего не получал. Может быть, потому что мыслил европейскими мерками и просил слишком многого. А может быть, казался выскочкой: защитить кандидатскую можно с двумя-тремя научными публикациями, а у меня уже было 30, тогда как у некоторых профессоров нет и двадцати.
Посидел я года два, поучил студентов и уехал в Корею, работать на «Самсунг». Меня хватило на полгода: человек, привыкший работать в университете, в академических кругах, «на науку в целом», не всегда находит себя в бизнесе, где нужно заниматься прикладными вещами, нужными конкретной фирме.
— Павел, вы родились в Усть-Илимске...
— ...но я все равно питерский. В Сибири я только появился на свет, а потом родители увезли меня в Петербург. Учился в знаменитой физматшколе № 30, с одним вузом связал карьеру — с ИТМО. Почему? По результатам олимпиад меня брали в МГУ без экзаменов, а в ИТМО к Владимиру Глебовичу Парфенову (на кафедру компьютерных технологий, возглавляемую нынешним ректором ИТМО Владимиром Васильевым. — Прим, ред.) требовалось пройти дополнительный отбор. И это было гораздо интереснее.
Сейчас кафедра растит чемпионов мира по программированию. А «злая» математика с физикой перекочевали на тот факультет, который я сейчас представляю, — факультет фотоники и оптоинформатики, возглавляемый профессором Сергеем Аркадьевичем Козловым. Научную деятельность наши студенты начинают уже со второго курса, тогда как обычно — в конце четвертого.
— Фильм «Весна» с Любовью Орловой помните? Там изображали, как ученый «сел, задумался — открыл». Ваша голова как работает в течение дня?
— Современный ученый — все-таки не ученый в старом понимании: в халате, не вылезающий из лаборатории... Сегодняшние научные работники — довольно органично вписывающиеся в жизнь люди: ездят на конференции, общаются. На Западе, например, выделяются огромные деньги на то, чтобы ученые научились говорить на обычном человеческом языке, популярно рассказывать о своей науке.
Бытует мнение: если сосредоточишься на одном, то в другой области что-то потеряешь, — закон сохранения уж не знаю чего. Но у меня такого нет. У меня же семья — в отличие от многих других молодых ученых. Жена — журналист-телевизионщик, дочке 6 лет; еще одного ребенка ждем.
Конечно, с одной стороны, наука — это не «отработал 8 часов и забыл»: любую свободную минуту голова занята разработками; но с другой — если правильно все спланировать, высвобождается много времени. Хобби? В волейбол играю. Музыку слушаю — русский рок, панк.
Есть, конечно, лауреаты той же, что и я, премии, которые сами в гаражах музицируют, но это не мое.
— Ребенка как-то особенно воспитываете?
— Да нет, мы с женой в свое время решили, что в России система образования лучше, так что дочка будет учиться здесь. У нее есть математические способности, но ничего навязывать я не буду. Как и мне мама (работник планового отдела) и папа (ведущий инженер) ничего не навязывали.
— А премию вы направите на...
— Да уже по всем телеканалам раструбили. Ипотеку выплачу. Президент говорит о программе по предоставлению жилья для молодых ученых, но у меня к ней неоднозначное отношение. Допустим, один хороший научный работник живет с мамой в коммуналке, стоит в очереди на отдельное жилье, и, согласно программе, должен его получить. Другой научный работник, не хуже, в очереди не стоит, потому что взял ипотеку — и изо всех сил работает, чтобы выплачивать кредит. Он в программу, скорее всего, уже не впишется.
И вопрос: помощь кому из них была бы продуктивнее? Мне кажется, что помогать надо тому, кто и сам старается себе помочь. По-моему, правильнее было бы просто поднять зарплату научным сотрудникам, создать нормальную систему ипотеки, продолжать давать гранты — чтобы люди сами зарабатывали и покупали жилье. В личной беседе с президентом я эти мысли высказал.
— Что ответил президент?
— Что мы к такому повороту пока не готовы. Тоже можно понять: российская наука во многом держится на тех товарищах, которые живут в коммуналке, бегают каждый день в университет, пишут статьи и не пытаются заработать побольше. Проблема в том, что тут сложно профильтровать: действительно ли этот «социально неактивный» ученый такой талантливый и принесет пользу или он, получив блага в виде той же квартиры, так ничего стоящего и не сделает.
— Павел, вы производите впечатление везунчика.
— Не уверен в этом. Бывает, работаешь полгода над заявкой на грант, а ее не поддержат. Кстати, вот эта работа, которая получила премию президента, раньше выдвигалась на премию правительства России. Безуспешно. Я даже в финал не прошел. Так что всякое бывает. Дело житейское.
Подготовила Анастасия ДОЛГОШЕВА
Комментарии