23 декабря 2019 г. свое 85-летие отмечает уникальный научный проект — Институт физических проблем им.П.Л.Капицы (ИФП РАН), родина трех нобелевских лауреатов по физике: Льва Ландау, Алексея Абрикосова и Петра Капицы, который был создателем и первым директором учреждения. В преддверии праздника “Научная Россия” побеседовала с нынешним главой ИФП РАН — Владимиром Владимировичем Дмитриевым.
Владимир Дмитриев — академик РАН, директор Института физических проблем им.П.Л.Капицы, доктор физико-математических наук, специалист в области физики и техники низких температур
Владимир Владимирович, в этом году Институт отмечает свой юбилей. С какими научными результатами вы подошли к этой дате? Чем особенно гордитесь?
В Институте сейчас ведутся исследования по нескольким направлениям физики конденсированного состояния. Более конкретно — это физика квантовых жидкостей и кристаллов, сверхпроводимость, низкотемпературный магнетизм, взаимодействие высокочастотного электромагнитного излучения с конденсированными средами. Один из важнейших результатов последних лет — обнаружение новой сверхтекучей фазы гелия-3. Считалось, что таких фаз у гелия-3 всего две. В нашем Институте недавно была обнаружена третья фаза, так называемая полярная фаза. Она невыгодна в чистом гелии-3, но если в него внести анизотропные примеси, то это фаза оказывается более выгодной. Это всё происходит при очень низких температурах, порядка одного милликельвина, то есть всего на 0.001 градуса выше абсолютного ноля (абсолютный ноль – это самая низкая возможная температура равная -273.15 градуса Цельсия и 0 градусов по шкале Кельвина).
Кстати, у нас в Институте “самая низкая температура” в России. То есть мы можем охлаждать макроскопические образцы до температур ниже одного милликельвина с помощью установки, собранной нашими руками. В мире всего примерно 25 таких установок, в России — лишь одна, наша.
Справка: Сверхтекучесть — это особое квантовое состояние некоторых веществ, например гелия, при сверхнизких температурах. Сверхтекучесть жидкого гелия-4 была открыта Петром Капицей в 1938 году при t примерно 2 градуса Кельвина. В 1978-м году П.Л.Капице была присуждена Нобелевская премия за «фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур», среди которых открытие сверхтекучести является одним из важнейших. Гелий-3 — это другой (намного более редкий) стабильный изотоп гелия, и он становится сверхтекучим при температуре ~0.002 K. За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 году также была присуждена Нобелевская премия (ее получили Д. Ошеров, Р. Ричардсон и Д. Ли).
Какие еще направления вы развиваете сегодня в Институте?
Например, низкотемпературный магнетизм, о котором я упомянул выше. В этой области за последние годы было получено много новых интересных результатов, в частности, при изучении квазиодномерных магнитных структур. В области сверхпроводимости у нас было недавно обнаружено, что температура сверхпроводящего перехода в тонком слое на поверхности некоторых металлов может превышать температуру перехода в объеме. Почему нам так интересны именно низкие температуры? Потому что при низких температурах проявляются свойства веществ, которые при высоких температурах не видны, потому что температура их, грубо говоря, “замазывает”. Когда энергия взаимодействия мала, то и температура должна быть мала, чтобы это взаимодействие проявилось. Поэтому при низких температурах можно наблюдать новые явления, которые затем, когда в них разобрались, можно уже искать/изучать и при более высоких температурах. Например, сверхпроводимость была открыта при температуре несколько Кельвин. Сейчас же найдены соединения, у которых сверхпроводимость остается до температуры 120 Кельвин (примерно -150 градусов Цельсия). Есть надежда, что удастся поднять эту температуру выше, может быть и до комнатных температур, и тогда откроются очень широкие возможности для практических применений.
Примечание: Температурная шкала Кельвина сдвинута относительно шкалы Цельсия на 273.15 градуса. То есть абсолютный ноль соответствует 0 градусов Кельвина, а 0 градусов Цельсия равняется +273.15 градуса Кельвина.
Сверхпроводники, как правило, применяются в медицине?
Этот вопрос можно расширить: а какая в целом польза от физики низких температур? Такие исследования дают новые фундаментальные знания, которые потом могут быть использованы в других областях, таких примеров множество. Прямые практические применения есть уже сейчас. Сегодня 90% томографов (МРТ) используют сверхпроводящие магниты. Об этом многие не знают, но когда человека погружают в МРТ-трубу, внутри нее есть соленоид, который находится при температуре примерно 4 Кельвина: для этого используется либо жидкий гелий-4, либо специальные охладительные устройства.
Есть и другое практическое значение, хоть и косвенное, но тоже очень важное. Речь идет о достижениях физики низких температур, которые применяются практически во всех лабораториях по изучению физики твердого тела. С помощью разных приборов, изобретенных благодаря исследованиям в области физики низких температур, открываются новые явления. Кроме сверхпроводящих магнитов, к таким приборам можно отнести, например, сквиды — магнитометры для измерения очень слабых магнитных полей.
И еще одно важное практическое применение физики низких температур — это квантовые компьютеры, о которых многие наверняка слышали. Такой компьютер работает на квантовых битах на основе эффекта Джозефсона (этот эффект — тоже достижение физики низких температур). Эти биты нужно охлаждать до температуры порядка 100 милликельвин (то есть на 0.1 градуса выше абсолютного нуля). Развитие физики и техники низких температур привело к тому, что сейчас разработаны рефрижераторы, позволяющие получать такую температуру без использования жидкого гелия. Такие рефрижераторы можно использовать даже в быту (если бы это было нужно), так как для их работы достаточно иметь только электрическое питание. Квантовые компьютеры (и те, которые сейчас проектируются, и те, что уже работают) используют такие рефрижераторы, работающие в непрерывном режиме.
Расскажите, пожалуйста, о международном сотрудничестве с иностранными учеными и о молодых специалистах, которые к вам приходят?
Наш Институт в мире хорошо известен. Общение идет непрерывно: и на уровне личных контактов, и на уровне небольших совместных грантов; сотрудники нашего Института входят во множество разных международных научных комиссий и комитетов. Довольно тесное сотрудничество идет с университетом Хельсинки (университет Аальто), где тоже есть установка для получения сверхнизких температур. Сотрудничаем также с Ланкастерским университетом (Англия) — это тоже один из мировых низкотемпературных центров, с университетом Гетеборга (Швеция), с Корнельским университетом (США) и c рядом других мировых научных центров. Посмотрите список наших публикаций на сайте Института – не менее трети работ выполнены совместно с зарубежными лабораториями.
Что касается молодежи, то в основном Институт пополнялся выпускниками МФТИ. Однако в последнее время возник дефицит молодых специалистов. Теперь у нас появились студенты и аспиранты еще и из Высшей Школы Экономики (факультет физики, открылся в 2016-м году), посмотрим, что из этого выйдет. Недавно мы взяли в Институт двух молодых сотрудников, которые защитили очень хорошие диссертации, совершенно выдающиеся работы, на мой взгляд.
Мемориальный музей-кабинет П.Л.Капицы. Фото: Иван Бадиков / Научная Россия
Ваш Институт имеет богатую научную историю: нобелевские лауреаты, прорывные открытия в разных областях физики. Сохраняется ли сегодня память об этих людях и их достижениях. Например, знаменитый музей-кабинет Петра Леонидовича Капицы на территории Института, в каком режиме он работает сейчас?
Да, всю информацию об этом музее и о многом другом можно найти на сайте нашего Института. В разделе "Музей" можно записаться на экскурсию, но делать это нужно заранее. Отдельно проводим экскурсии для разных организаций, школ и т.д.
Какие планы и задачи у Института на ближайшие годы?
Будем продолжать наши исследования в тех же областях: физика квантовых жидкостей и кристаллов, магнетизм, сверхпроводимость. Интересных задач очень много. Руководство Института, в том числе и Петр Капица, всегда давало шанс заниматься тем, что интересно каждому конкретному специалисту. Мы доверяем своим сотрудникам, поэтому у них есть возможность самим выбирать свое направление. К сожалению, из-за недостаточного финансирования новое оборудование мы практически не закупаем, только с грантов, но конечно ничего серьезного на эти деньги купить нельзя, лишь небольшие приборы. Но главное, чтобы было интересно работать. Мы с советских времен приучены к тому, что достигать результата нужно не за счет оборудования, а за счет сообразительности. Вот и пытаемся держаться в том же русле.
Беседовала Янина Хужина
"Капица в единственном числе", Телекомпания "Очевидное - невероятное" по заказу ВГТРК, 2006 г.
Документальный фильм "Капица в единственном числе" – история жесткого противостояния великого ученого и тоталитарной системы. В фильм вошли самые драматические моменты из жизни П.Л.Капицы, когда с риском для своей свободы и жизни он твердо отстаивал свои принципы, оставаясь свободным человеком в несвободной стране.
Беседа с Владимиром Дмитриевым – директором Института физических проблем им.П.Л.Капицы
