Чем живет и дышит Троицкий филиал Физического института Академии наук и зачем там создан технопарк, рассказывает А.В. Наумов, профессор РАН, доктор физико-математических наук.
- Андрей Витальевич, мы находимся на Троицкой площадке Физического института Академии наук. Для чего вообще в Троицке нужно было создавать филиал ФИАНа?
– Решение о строительстве филиала ФИАНа в Троицке было принято в 1963-м году. К этому времени Троицк постепенно уже начал превращаться в то, что сейчас называется наукоградом. Здесь появился Академгородок, активно начали строиться академические институты. Строился наш крупнейший в городке институт ТРИНИТИ – Троицкий институт термоядерных исследований и инноваций. К концу шестидесятых годов уже сложилась та площадка, которую мы имеем в настоящее время.
Шестидесятые годы – это расцвет физики и во всем мире, и у нас в стране, когда стало понятно, что именно физические методы исследования способны дать невероятные технологические прорывы по самым разным областям знаний, причем не только в физике, но и в разнообразных междисциплинарных приложениях – в медицине, в химии, в астрофизике и так далее. Нужно было строить разноплановые профильные институты, для того чтобы закрывать различные направления в физике и ее приложениях.
Физический институт имени Лебедева как один из самых больших институтов не мог пройти мимо этой задачи. 16 мая 1960 года была получена первая лазерная генерация Теодором Мейманом, а до этого наши соотечественники, академики Басов и Прохоров, будущие лауреаты Нобелевской премии, достигли замечательных результатов, и стало понятно, что направление нужно развивать.
Здесь мы переходим к направлению, которое, главным образом, представлено в Троицком ФИАНе. Это оптика, или то, что сейчас называется фотоникой. Дело в том, что в каком-то смысле, фотоника является «зрением современной науки». Практически в любой области естественных наук нам приходится использовать оптические, фотонные, спектроскопические инструменты исследований. Появление лазеров простимулировало создание специальной площадки для конструирования приборов современной оптики и фотоники.
– Что такое фотоника, какова ее инструментальная база?
– Это излучатели света – источники электромагнитного излучения, это преобразующая оптика, разнообразные оптические инструменты, и, наконец, детекторы. В 1963-м году было принято решение создать здесь, в Троице, большую площадку, опытно-конструкторское бюро, где бы все эти вопросы и решались. Была выделена значительная площадь, появился Троицкий филиал Физического института имени Лебедева как та площадка, где бы обкатывались новые конструкторские решения для того, чтобы можно было осуществить связь фундаментальной науки и ее приложений в самых разных областях.
– Насколько я понимаю, эта задача сохранилась поныне. Здесь сейчас действует технопарк и решается целый ряд прикладных задач.
– Да, действительно, технопарк появился в нулевые годы. Официальное решение о его строительстве было принято в 2008 году. Перед этим, как мы все понимаем, был жуткий провал девяностых годов, но, несмотря на трудности, Троицкая площадка продолжила развиваться. Коллектив ФИАН под руководством предыдущего и нынешнего директоров ФИАН академика РАН Г.А. Месяца и члена-корреспондента РАН Н.Н. Колачевского приложили все усилия для того, чтобы научные школы продолжили свою работу.
Здесь, помимо фотоники, развиваются и другие направления, и о них нужно вспомнить. Это направление ядерной физики и физики высоких энергий. В ускорительный комплекс ФИАН «Пахра» С-25Р входит электронный синхротрон С-25Р, ускоряющий электроны до энергии порядка 1 ГэВ, это ускоритель, на котором и сейчас можно проводить конкурентные исследования.
Кстати говоря, бессменным руководителем этого отдела физики высоких энергий в Троицком филиале ФИАН вплоть до 1990 года был еще один выдающийся российский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1958 года Павел Алексеевич Черенков. Интересно, что даже эти глубоко фундаментальные исследования могут дать прикладной выход, в частности, в области медицинской физики.
Но я больше хотел бы остановиться на оптических, фотонных технологиях как одном из основных направлений работы Троицкой площадки. В первую очередь, это разработка, создание и испытание новых лазерных источников света. Именно на площадке Троицкого технопарка появились компании-стартапы, которые занимают лидирующие позиции в части производства современных лазеров.
Всемирно известная компания «АВЕСТА Проект» – это выходец из Физического института Академии наук, и она базируется здесь, в технопарке ФИАН и продолжает работать над созданием самых современных приборов квантовой электроники и фотоники.
Очень важно понимать, что прибор сам по себе не может появиться. Любая высокотехнологичная компания должна опираться на результаты фундаментальных исследований, что и происходит как в головном ФИАНе, в других институтах Академии наук, так и в Троицке.
Новые источники света, которые производятся в компаниях, представлены в Троицком технопарке. Они активно задействуются в фундаментальных исследованиях по всему фронту современной фотоники. Это и материаловедение, и спектроскопия, причем, спектроскопия самых разных сред. Это физическая химия, и, наконец, это разнообразные приложения, в частности, науки о жизни (life science), в том числе, медицина.
– Знаю, что на базе Троицкого ФИАНа успешно работает целый ряд лабораторий. Расскажите о них, пожалуйста.
– Как я уже сказал, для современной оптики и фотоники нужны источники излучения, преобразователи, то есть оптические компоненты и детекторы. В институте на Троицкой площадке представлены лаборатории, где разрабатывают новые лазеры, в том числе материалы для новых лазеров.
Здесь очень много сверх актуальных задач. Например, есть задача создания эффективных лазерных источников, рассчитанных на инфракрасный диапазон спектра в диапазоне нескольких микрон. Это очень важно как для современных телекоммуникаций, для квантовой оптики, для создания квантовых технологий, для квантового компьютера, так и для медицинских приложений, потому что именно в инфракрасном диапазоне имеются окна прозрачности для того, чтобы производить какие-то терапевтические или даже хирургические действия внутри живых биологических тканей. Поэтому разработка фундаментальных основ новых источников, испытания и апробация тех источников, которые уже создаются, очень важны.
Здесь возможны самые разнообразные технологии. Это полупроводниковые лазеры, оптоволоконные лазерные системы, твердотельные лазеры, газовые лазеры, которые уже традиционно используются многими.
Второе важное направление – создание современных оптических компонентов. Развитие этого направления чрезвычайно важно и для реального сектора экономики всей страны, и для институтов наукограда, и для конкретных научных направлений ФИАНа. Прямо сейчас мы находимся в лаборатории, где можно создавать ультрасовременную оптику, оптические компоненты, зеркала и оптические фильтры с заданными спектральными характеристиками. Такие компоненты нужны если в эксперименте требуется отразить максимальное или заданное количество света, то есть обеспечить заданный уровень прозрачности в заданных диапазонах длин волн. Так вот здесь эта технология представлена в полном объеме. Вы можете видеть, как работают напылительные машины, которые позволяют создавать многослойные оптические компоненты, конкурентоспособные на международном уровне.
Наконец, в Троицком ФИАНе находится лаборатория, которая разрабатывает стандарты частоты. Вся современная навигация, метрология основана на лазерных системах, на лазерных стандартах частоты. Здесь создаются те самые лазеры, которые затем уходят в те лаборатории, где и разрабатываются новые атомные стандарты частоты, лазерное охлаждение и пленение атомов. Все это невозможно без сверхстабильных лазерных систем, которые разрабатываются здесь, на Троицкой площадке.
– Ваша научная биография тесно связана с еще одним Троицким институтом, «дочкой» ФИАНа – Институтом спектроскопии РАН. Каким образом эти два института связаны между собой?
– ИСАН был создан в 1968 на основе Комиссии по спектроскопии, и его «ядром» стали представители ФИАНа, включая первого директора С.Л. Мандельштама, выдающегося ученого-спектроскописта, ученика Басова – В.С. Летохова, директора ИСАН в период с 1989 по 2015 год Е.А. Виноградова. Научная школа Шпольского-Персонова, к которой относятся работы моего коллектива, тоже имеет тесную связь с ФИАНом, в частности, с отделом люминесценции.
Кстати говоря, первый директор ФИАНа С.И. Вавилов вместе с Э.В. Шпольским были учениками П.П. Лазарева. Роман Иванович Персонов (ученик Шпольского и мой первый научный учитель) после защиты диссертации в Московском государственном педагогическом институте на кафедре теоретической физики перешел в ИСАН, где и основал научную школу селективной лазерной спектроскопии сложных органических молекул, к которой мне посчастливилось присоединиться в 1996 году. В нынешнем году мне можно праздновать 25-летний юбилей.
– Четверть века – немалый срок.
– Фактически вся научная жизнь. Обсуждая это научное направление, мы снова сталкиваемся с революционной ролью лазеров. Как было показано Персоновым с коллегами, использование узкополосного лазерного излучения выводит спектроскопию сложных органических соединений на качественно новый уровень, позволяет эффективно решать обратную спектроскопическую задачу, определять свойства молекул по ее тонкоструктурным спектрам, изучать внутри- и межмолекулярные взаимодействия, осуществлять высокочувствительные аналитические измерения, имеющие важное прикладное значение в химии, экологии, биологии и медицине. Кульминацией развития этого направления стали спектроскопия одиночных молекул и флуоресцентная наноскопия – микроскопия сверхвысокого пространственного разрешения. Эти направления в 2014 году были отмечены Нобелевской премией по химии. Мы очень гордимся сотрудничеством с одним из лауреатов – профессором У.Э. Мернером, который в 2018 году стал почетным профессором МПГУ.
Именно в направлении флуоресцентной наноскопии конденсированных сред с детектированием одиночных квантовых излучателей различной природы и химического состава работает наша группа, в которую входят сотрудники, аспиранты и студенты сразу нескольких организаций – ИСАН, МПГУ, ФИАН, ВШЭ, МГУ им. Ломоносова. Изучая свечение отдельных молекул органических красителей, полупроводниковых нанокристаллов – т.н. квантовых точек, центров окраски в нанокристаллах, люминесцирующих наночастиц, мы можем исследовать процессы взаимодействия фотонов с веществом на микроскопическом уровне, что очень важно как с фундаментальной точки зрения, так и для потенциальных приложений.
Так, именно одиночные квантовые излучатели рассматриваются в качестве основы источников неклассического света, столь необходимых для создания квантового компьютера и квантовых телекоммуникационных систем.
Флуоресцентная наноскопия стала одним из наиболее востребованных аналитических инструментов в современной биофизике и медицинской диагностике. Как мы видим в экспериментах, спектры одиночных квантовых излучателей чрезвычайно чувствительны к параметрам локального окружения, что может быть использовано для развития современных сенсорных технологий, в том числе в устройствах интегральной (on-chip) оптики. Наша группа изучает все эти процессы и явления в широком температурном диапазоне от комнатной до криогенных, в широком спектральном диапазоне, с высоким временным разрешением вплоть до фемтосекундного.
В лаборатории можно увидеть уникальное научное оборудование, разрабатываемое, в том числе, учеными ФИАНа. Оно используется в самых современных экспериментах. Например, одним из ключевых элементов установки для детектирования одиночных молекул и наночастиц является импульсный перестраиваемый пико-фемтосекундный лазер, разработанный на базе Технопарка ФИАН компанией АВЕСТА. Отличительной особенностью наших работ является люминесцентная спектромикроскопия при криогенных температурах, где мы используем криогенное оборудование, созданное при участии ученых криогенного отдела ФИАН.
– Какие планы на будущее лелеет Троицкий филиал ФИАНа?
– Это замечательный вопрос. Известно выражение «время разбрасывать камни, время собирать камни». Хотелось бы надеяться на то, что мы подошли к этапу собирания камней. У нас есть замечательная площадка, Наукоград Троицк, где расположены ведущие институты с богатейшей историей, и в то же время с современной наукой.
Во всех институтах, которые расположены в Наукограде Троицк, есть коллективы, есть научные группы, лаборатории, которые выполняют исследования на передовом крае науки, и они признаны международным сообществом. Площадка ФИАН, это, в каком-то смысле, замечательный потенциал – запасный фонд, который хотелось бы использовать в будущем.
Что для успешного развития нужно? По большому счету, эффективное вложение в три составляющие: науку, образование и инновации. Про фундаментальную науку, ну, в общем-то, все понимают и все много говорят, что в нее нужно вкладываться, потому что в будущем она рано или поздно обязательно принесет свои плоды. Но также, без сомнения, нужны прикладные исследования с осязаемым результатом в средне- и краткосрочной перспективе. Те самые инновации, благодаря которым знания можно превратить в деньги. Технологические площадки, которые могут быть созданы на базе, в частности, Троицкого филиала ФИАН и вообще в Наукограде, могли бы пользоваться теми результатами фундаментальных исследований, которые рождаются здесь же, в наших институтах. Это вторая компонента, на которую мы рассчитываем, – создание высокотехнологичных производств.
Ну, и, наконец, третья компонента, которая, без сомнения, нужна и Наукограду, и Большой Москве, и всей стране, и обществу в целом, – это образовательная площадка, которая нужна Троицку как воздух. У нас есть многочисленные связи с ведущими вузами страны. Еще с середины прошлого века во всех институтах располагались базовые кафедры Московского физико-технического института.
Совсем недалеко от нас находится Московский Государственный университет имени Ломоносова, где есть физический и химический факультеты, в сотрудничестве с которыми заинтересованы наши НИИ. Несколько лет назад базовые кафедры начал открывать НИУ ВШЭ. Здесь представлен МГТУ имени Баумана, МИФИ и другие университеты. Например, моя группа активно взаимодействует с Московским педагогическим государственным университетом, где я заведую кафедрой теоретической физики имени Э.В. Шпольского.
Это, кстати говоря, еще одна задача: мало подготовить будущих ученых, нужно подготовить учителей будущих ученых. Это принципиальная задача, особенно в условиях, когда, ну, вот сейчас модно говорить, когда меняется технологический уклад, нам нужны педагоги совершенно нового качества, преподаватели-исследователи. Поэтому третья компонента, образовательная, должна быть представлена в Наукограде и, в частности, на Троицкой площадке ФИАН.
В этом смысле мы рассчитываем на создание объединенного научно-образовательного центра, который бы занимался подготовкой научных и научно-образовательных кадров высшей квалификации. Вот эти три компоненты – фундаментальная наука, высокотехнологичные производства и образование – три кита, на которых мы и стоим. Мы очень рассчитываем, что усилиями всего научного сообщества, при поддержке государства, министерств и ведомств и, в том числе, самих производств, кровно заинтересованных в том, чтобы все это реализовать, удастся эти три компоненты реализовать.
Андрей Наумов, профессор РАН, доктор физико-математических наук
