Интервью на портале «Научная Россия»

0 комментариев 1191

Временные кристаллы, графен и тайм-менеджмент

«Научная Россия» побеседовала с Игорем БУРМИСТРОВЫМ — замдиректора Института теоретической физики им. Л.Д.Ландау РАН, доктором физико-математических наук
Название изображения

В 1960-х годах в нашей стране появился Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Академии наук. Он был основан непосредственными учениками гениального ученого — будущими академиками И.М. Халатниковым, Л.П. Горьковым, А.А. Абрикосовым (лауреат Нобелевской премии 2003 года), член-корреспондентом И.Е. Дзялошинским. Сегодня сотрудники Института по-прежнему следуют традициям Ландау и демонстрируют высочайший уровень научных исследований. Здесь работают известные во всём научном мире специалисты в области физики конденсированного состояния, квантовой теории поля, релятивистской астрофизики и космологии, физики квантовых вычислений и др.

«Научная Россия» обсудила с Игорем Сергеевичем БУРМИСТРОВЫМ — заместителем директора Института теоретической физики им. Л.Д.Ландау РАН, доктором физико-математических наук, ведущим научным сотрудником международной лаборатории физики конденсированного состояния НИУ ВШЭ — текущие исследования в области теоретической физики.

— Недавно Институт Ландау подал заявку на получение мегагранта в области теоретической физики. Что за проект вы задумали?

 Мегагранты, как правило, выдаются на организацию каких-то новых исследований. Мы, в Институте Ландау, хотим создать лабораторию по изучению квантовой динамики в равновесных и неравновесных квантовых системах — это фундаментальные вопросы физики квантовых вычислений и квантовых компьютеров. В последние пять-десять лет наблюдается всплеск интереса к этой теме, и мы тоже считаем ее актуальной. Разброс задач здесь довольно обширный, но из тех, что у всех на слуху, можно выделить изучение временных (темпоральных) кристаллов.

«Я постоянно думал о классификации кристаллов, а затем я подумал, что ведь можно представить и пространство-времени с этой точки зрения. То есть, если мы думаем о кристаллах в пространстве, логично будет представить кристаллические структуры во времени». Фрэнк Вильчек, 2010 г.

«Я постоянно думал о классификации кристаллов, а затем я подумал, что ведь можно представить и пространство-времени с этой точки зрения. То есть если мы думаем о кристаллах в пространстве, логично будет представить кристаллические структуры во времени». Фрэнк Вильчек. Фото: https://metode.org

Временные кристаллы могут совершить революцию в способе хранения и передачи информации через квантовые системы. Еще одна перспективная область их применения — квантовые вычисления.

Есть такой Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек, который предложил интересную идею. Все мы, что знаем обычные кристаллы — это просто упорядоченная в пространстве система атомов. И, раз она упорядоченная, значит, в пространстве нарушилась непрерывная симметрия, но осталась дискретная: то есть атом теперь можно сместить не на какое-то произвольное расстояние, а только на позицию следующего атома, чтобы вся структура сохранилась. Так вот, Вильчек предложил: а почему такое не может происходить и во времени? То есть речь идет о кристалле, но не в пространстве, а во времени. 

В буквальном смысле, как оказалось, в равновесии такого быть не может, но всё же есть некоторые явления в неравновесных условиях, похожие на такой временной кристалл; и это сейчас интенсивно изучается. Оказалось, что в нашем институте это направление не представлено, поэтому мы и решили организовать подобные исследования. А так как временная динамика квантовых систем очень сложна, и аналитически здесь почти ничего нельзя сосчитать, то для работы необходим вычислительный кластер. Поэтому мы хотим использовать мегагрант, чтобы купить оборудование для этого кластера, а также пригласить к нам известного специалиста (работающего в Германии) по численному изучению квантовых систем — Фердинанда Эверса. Мы ожидаем, что такая тематика исследований привлечет также аспирантов и студентов, которым будет интересно и полезно познакомиться с подобными задачами.

— Вы упомянули Фердинанда Эверса, которого хотите пригласить. А что привлекает иностранных специалистов в Институте Ландау, они охотно готовы приезжать к вам?

— Иностранные коллеги, безусловно, готовы сюда приезжать. У нас в Институте действует коллоквиум, на который до пандемии мы регулярно приглашали иностранных ученых. Они с большим удовольствием приезжали. Не было ни одного отказа. Однако сейчас мы, как и весь мир, испытываем проблемы с личным общением в связи с закрытием границ из-за пандемии. Пока общаемся только онлайн. 

Наверняка где-то в мире есть специалисты, которые не готовы по каким-то причинам общаться с российскими учёными, но я с подобным никогда не сталкивался. Около половины моих научных работ написаны в соавторстве с зарубежными учёными, и это довольно распространенная практика.

Если говорить про приезд иностранных учёных для научной работы на длительный срок, то понятно, что у нас зарплата в целом ниже, чем в той же Европе, например. Но, с другой стороны, здесь и текущих расходов меньше. А в те места, где уровень зарплат сопоставим с европейским, например в Сколтех, иностранные специалисты уж точно готовы ехать. Всё ещё сильно зависит от самого места. Часто люди едут в Россию не за зарплатой, а чтобы поработать с конкретным специалистом. Если это постдок, например, то он может приехать в надежде попасть к сильному научному руководителю и т.д.

— Кроме мегагранта, над какими ещё проектами вы работаете?

— Сейчас у меня пять студентов, научной работой которых я руковожу, а значит, и пять проектов. Это проекты, связанные с влиянием магнитных примесей на сверхпроводимость, проекты, связанные  со с сверхпроводящей спинтроникой, а также проект про гидродинамику электронной жидкости. Проект на тему сверхпроводящей спинтроники направлен на изучение скирмионов — это такие объекты, которые, в частности, хотят использовать для магнитной памяти; мы изучаем их взаимодействие со сверхпроводящими вихрями Абрикосова. 

Сам я, как физик-теоретик, работаю над задачами в разных областях физики конденсированных сред: это и мезоскопическая сверхпроводимость, и упругие свойства мембран, и квантовые эффекты в низкоразмерных системах и т.д. На данный момент это сугубо фундаментальные исследования, но впоследствии, возможно, полученные знания будут использованы в  практических применениях. Если мы вспомним тот же графен, который активно исследовался в конце 1940-х годов, то тогда считали, что эти исследования носят сугубо фундаментальный характер. Даже в учебнике Ландау и Лифшица было написано, что таких систем как графен — двумерных кристаллов — в принципе быть не может при конечных температурах. И что в итоге? Прошло чуть более полувека, и оказалось, что графен несложно изготовить в лабораторных условиях.

Графен был впервые выделен в 2004 году, в 2010 за это открытие была присуждена Нобелевская премия.

Графен был впервые выделен в 2004 году, в 2010 за это открытие присудили Нобелевскую премию (выпускникам МФТИ А. Гейму, К. Новоселову). Это самый тонкий и прочный материал из когда-либо обнаруженных.

Сейчас есть много идей о том, как можно применять графен. Были идеи, что получится его использовать в качестве транзистора, как замена элементной базы современной электроники. Но это, насколько я знаю, не пошло, и теперь пытаются использовать его упругие свойства. Если сравнить атомарный слой углерода (чем по своей сути графен и является) и атомарный слой, скажем, алюминия, то мы увидим, что жесткость графена будет как минимум в десять раз выше. Так как графен одноатомный, то он спокойно пропускает свет, то есть вы видите через него всё. С другой стороны, он достаточно прочный, чтобы обеспечить необходимую защиту от каких-то механических воздействий. Поэтому графен можно применять как прозрачный, но прочный экран для предохранения жидкокристаллических дисплеев, например. Его прочность может быть полезной для создания гибких небьющихся экранов, городских строений и др., возможно, он станет будущим строительным материалом для космических кораблей, общественного транспорта и т.д.

— Где вы берете новые идеи для своих работ?

— Здесь очень важен опыт. Когда только начинаешь заниматься физикой, то иногда может показаться, что в той или иной области всё уже давно изучено, ведь написано так много статей, книг, учебников и т.д. Но потом, когда начинаешь разбираться, оказывается что статей-то много, а хороших, правильных, надёжных результатов — мало. Существует много областей, по которым не то что статьи, а целые учебники написаны. Однако при детальном разборе выясняется, что есть важные на сегодня вопросы, которые в тех трудах не затронуты, а на некоторые из таких вопросов вообще даны неправильные ответы. И вот у тебя набирается некоторый бэкграунд, ты понимаешь, что можно сделать в той или иной области, а затем происходит некий «фазовый» переход: оказывается, что задач, которыми можно было бы заниматься, и которые интересны, больше, чем времени и ресурсов на их выполнение.

— Говорят, великие открытия не совершаются с девяти до шести. А вы успеваете решать все задачи в течение рабочего дня?

— С этим утверждением я согласен, да. Не знаю как у большинства людей, но у меня, начиная со студенческих времен, граница между работой и личной жизнью как-то стёрлась. Если есть какое-то время, свободное от личных или административных дел, то я сажусь и работаю над своими научными задачами. Это может быть и с утра пораньше, а может быть и в одиннадцать вечера. То есть какого-то жесткого графика, чтобы начать работать, например, в девять и закончить в пять, у меня нет. Когда я был аспирантом в Амстердамском университете, со мной в комнате сидел аспирант из Китая, который работал именно по такому стабильному графику: с 9 до 17 часов. Подобное отношение к делу тоже вполне возможно, здесь вопрос скорее не в том, как правильно, а в том, кому как удобнее. Иногда какие-то интересные идеи по работе приходят, когда занимаешься совсем другими делами: моешь посуду, например.

— Какими качествами, на ваш взгляд, должен обладать физик-теоретик?

— Это всё, до некоторой степени, индивидуально. Я бы сказал, что нужно обладать прежде всего хорошим здоровьем, потому что это только кажется, что у физики-теоретика легкая кабинетная работа. На самом деле работа достаточно тяжёлая, ведь постоянно нужно напрягать мозг, концентрировать свое внимание, прикладывать большие усилия в мыслительной деятельности. Такое качество, как усидчивость, тоже полезно, но далеко не все им обладают. 

С другой стороны, есть яркие, талантливые учёные, которые могут и на бегу что-то посмотреть и какую-то работу сделать. Но самое главное качество для любого учёного это, пожалуй, любопытство. Вот все люди ходят по берегу, видят только обычную гальку под ногами и проходят мимо. А человек, который занимается физикой, смотрит на эту гальку, и среди, казалось бы, одинаковых камешков отыскивает «изумруды». Другими словами, тот, кто хочет заниматься наукой в первую очередь должен уметь задавать вопросы, на которые сам потом же и будет отвечать.

И.С. Бурмистров — физик-теоретик, занимается изучением квантовых явлений в низкоразмерных системах. Автор более 60 публикаций в ведущих рецензируемых журналах (включая Physical Review Letters, Nature Communications). В 2001 г. окончил с отличием магистратуру МФТИ. Имеет степень доктора физико-математических наук и степень PhD университета Амстердама (Нидерланды).

Игорь Сергеевич Бурмистров — физик-теоретик, занимается изучением квантовых явлений в низкоразмерных системах. Автор более 80 публикаций в ведущих международных рецензируемых журналах (Nature Communications, Physical Review Letters, Physical Review B и др.). С отличием закончил магистратуру МФТИ, доктор физико-математических наук, PhD университета Амстердама (Нидерланды).

— Как, по-вашему, нужно подходить к решению научных задач?

— В любой науке есть перечень определенных задач, которые можно отранжировать по степени их сложности. Важно понимать свой уровень и работать на пределе своих возможностей. Бывают случаи, когда люди неадекватно оценивают себя: например, человек может всю жизнь потратить на какую-то задачу, которую он в принципе никогда не сможет решить или, наоборот, он может возиться с бесконечным количеством простых задач, хотя мог бы взяться за задачи более серьёзные и подходящие его уровню. Поэтому к постановке и решению научных задач лучше подходить адекватно оценивая свои возможности.

— Почему вы выбрали именно Институт Ландау в качестве своего основного места работы?

— Мой отец — физик-теоретик. Я с самого детства слышал, что в Институте Ландау самые сильные физики-теоретики. Поэтому вопроса о том, где я хочу работать, для меня не было. Много позже, когда я стал разбираться в различных областях физики, то понял, что в Институте Ландау занимаются такими задачами теоретической физики и используют такие методы решения, которые почти нигде больше в России не найти. За всё прошедшее время я ни разу не пожалел о своем выборе.

Беседовала Янина Хужина.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.

временные кристаллы графен игорь сергеевич бурмистров институт теоретической физики им ландау итф им ландау низкоразмерные квантовые системы темпоральные кристаллы фрэнк вильчек

Назад

Иллюстрации

Все фото

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.