О конкурсе

Конкурс «Be First» проводится на протяжении пяти лет издательством «Директ-Медиа» совместно с компанией «Антиплагиат», журналом «Университетская книга» и компанией НЭИКОН. Работы принимают по 14 дисциплинам, среди которых как гуманитарные науки (филология, история, педагогика, право и экономика), так и технические и естественнонаучные. В каждой из дисциплин выбирается один победитель среди бакалавров и один — среди магистров.

Среди экспертов конкурса — известные российские ученые, преподаватели ведущих вузов России и специалисты по каждой из 14 научных областей. Главными критериями оценивания работ являются их актуальность, ценность для науки и уровень проработанности темы — в том числе качество использованных источников и способность правильно их применить в практической плоскости.

Вадим Рыбин на награждении конкурса «Be First». Фото предоставлено Вадимом Рыбиным
Вадим Рыбин на награждении конкурса «Be First». Фото предоставлено Вадимом Рыбиным

Фундаментальная физика и студенческий клуб о науке

Вадим, расскажите подробнее: как вы попали на конкурс, почему решили участвовать?

О конкурсе я узнал на информационной площадке ИСУ. Получилось так, что меня не выдвинули на внутренний конкурс НИВКР в ИТМО, поэтому я решил податься на внешний конкурс. Регистрация была совсем простая: нужно было просто указать персональные данные и залить pdf-файл самой ВКР. Я заполнил заявку и забыл о ней практически до августа, пока мне неожиданно не написали, что я победил.

Чему посвящена ваша работа?

Полное название моей дипломной работы — «Расширенные орбиты заряженных микрочастиц в линейной электродинамической ловушке».

Со своей научной группой я занимаюсь локализацией объектов в электродинамических и оптических ловушках. Линейная электродинамическая ловушка — это прибор, который состоит из четырех цилиндрических электродов — они генерируют электрическое квадрупольное поле — и двух запирающих электродов — они ограничивают область локализации вдоль оси ловушки. В таком поле можно локализовать заряженные частицы, например, мы в своих экспериментах используем микросферы боросиликатного стекла, споры и некоторые другие органические объекты.

Линейная электродинамическая ловушка. Фото предоставлено Вадимом Рыбиным
Линейная электродинамическая ловушка. Фото предоставлено Вадимом Рыбиным

При определенных условиях локализации частица начинает двигаться не по малоамплитудной прямой траектории, а по весьма специфической «расширенной орбите», в частности — в форме ромба или четырехконечной звезды. Проявление такого эффекта зависит как от характеристик, так и от скорости частицы: при определенных параметрах питания ловушки в достаточно сильных полях частица разгоняется до определенного порога, после которого ее динамика принимает турбулентный характер.

При этом существует определенная граница между ламинарным и турбулентным движением, зависящая как от характеристик плененной частицы, так и от параметров удерживающего поля, — как раз это я и рассматривал в своей ВКР.

Также я предложил новый метод оценки характеристик локализованной частицы — ее массы, размера и заряда, — в зависимости от формы расширенной орбиты. То есть я предлагаю как метод, так и сам прибор, который сконструировал сам. На самом деле, ниша по приборам, которые могут определять характеристики одиночных микро- и нанообъектов, при этом не разрушая их, — свободна. Так что разработка может быть весьма перспективной.

А как насчет расширенных орбит, насколько это изученная тема?

Тема расширенных орбит известна научному сообществу, но пока что изучена весьма поверхностно. Вообще с ионными ловушками делают очень много интересных вещей: например, пытаются реализовать квантовый процессор, занимаются масс-спектрометрией, усовершенствованием стандартов частоты.

Так что сам прибор очень много где применяется, однако исследование конкретно расширенных орбит почему-то совсем не популярно. Наша лаборатория в этом плане не то что бы первооткрыватель — расширенные орбиты, конечно, были известны и до этого, но мы пытаемся развивать эту тему дальше.

Иллюстрация из ВКР. Предоставлена Вадимом Рыбиным
Иллюстрация из ВКР. Предоставлена Вадимом Рыбиным

Заняться этой темой было вашей инициативой или предложением от научного руководителя?

Вообще, ионными ловушками и локализацией частиц я занимаюсь со второго курса бакалавриата, но исследовать расширенные орбиты было моей инициативой — фактически зависимость формы расширенной орбиты и характеристик локализованного объекта — результат моего наблюдения в ходе экспериментов.

При локализации, например, боросиликатных микросфер — их средний размер около 70 микрон — получаются орбиты в виде более округлых ромбов, при локализации же органических объектов — спор, средний размер которых около 30 микрон, — орбита имеет совершенно другую форму, более угловатую и резкую.

Это зависит от происхождения частиц, их формы или чего-то еще?

Как раз темой моей магистерской работы будет исследование этой зависимости. Вообще, по теории, которую я строил в своей ВКР, природа и форма частиц не учитывается. Форма орбит связана с размером, массой и зарядом. Причем очень важно отношение заряда к массе как отдельного параметра. Как раз через него можно и определить природу вещества локализованной частицы.

Вадим Рыбин на награждении конкурса «Be First». Фото предоставлено Вадимом Рыбиным
Вадим Рыбин на награждении конкурса «Be First». Фото предоставлено Вадимом Рыбиным

Каким образом?

В первую очередь, будет видно отличие в плотности объекта: например, зачастую плотность органических и неорганических веществ неодинакова. Также будет существовать разница и в поверхностном заряде: объекты разных классов будут иметь разный удельный поверхностный заряд. Отличие объектов разного размера и классов будет наблюдаться как раз в отношении заряда к массе.

Вы занимаетесь исследованием только этой темы или смежных тоже?

В этом году у меня было опубликовано пять работ, только две из них пересекаются с темой ВКР.

В нашей научной группе под руководством профессора Юрия Владимировича Рождественского мы сейчас активно занимаемся изучением разрушения симметрии в кулоновских структурах. Когда в ловушке локализована не одна частица, а целое их облако, частицы выстраиваются в определенную упорядоченную структуру — потому что заряженные частицы взаимодействуют не только с полем ловушки, но и друг с другом.

В своих работах мы, в частности, пишем, о необходимости учитывать те факторы, которые связаны с влиянием на структуру полей запирающих электродов. В подавляющем большинстве отечественных и зарубежных работ, если не во всех, при описании кулоновских структур в линейных ловушках учитывается только поле основных линейных электродов, а влияние поля торцевых электродов считается незначительным. На самом же деле такое допущение неверно.

Вадим Рыбин на награждении конкурса «Be First». Фото предоставлено Вадимом Рыбиным
Вадим Рыбин на награждении конкурса «Be First». Фото предоставлено Вадимом Рыбиным

Почему так?

Наверное, так исторически сложилось — считать это влияние незначительным. В своих работах мы показываем, что даже небольшое поле от торцевых электродов вносит значительное изменение в конфигурацию поля всей ловушки.

Чем еще занимается ваша лаборатория?

В нашей лаборатории при центре информационных оптических технологий (ЦИОТ), помимо упомянутых направлений, связанных с расширенными орбитами и кулоновскими структурами, мы занимаемся локализацией микрообъектов на поверхностной электродинамической ловушке и в оптическом пинцете, самоподобными дендритными структурами, теорией хаоса и рядом смежных и вспомогательных дисциплин.

Мы с коллегами основали студенческий клуб «It`s a trap» — название обыгрывает тот факт, что мы работаем с ионными ловушками. Недавно мы пригласили около 15 способных и амбициозных первокурсников бакалавриата с совершенно разных факультетов и направлений: компьютерных технологий, Нового физтеха, лазерных технологий и даже несколько биологов.

Мы хотим подготовить последователей, которые в дальнейшем подхватят те задачи, над которыми мы работаем, и помогут нам в их реализации. У нас очень много идей, драфтов статей, незаконченных теоретических и экспериментальных работ— но нам не хватает рук, чтобы всем этим заниматься.

Introduction Days
Introduction Days

К тому же, у нас существует большой спектр прикладных программистских задач в плане обработки экспериментов, автоматизации некоторых процессов. И для этого нам необходимы специалисты, знающие, к примеру, машинное обучение, которых мы сами и планируем готовить.

Первую группу способных ребят мы набрали на Introduction Days из тех, кому была интересна сфера фундаментальной физики. Пока что план у нас такой: в первом семестре мы будем индивидуально с каждым заниматься базовой теорией, чтобы они понимали, что у нас вообще происходит. А уже во втором семестре или чуть позже будем потихоньку привлекать их к реальным задачам лаборатории и учить академическому письму — чтобы они умели писать статьи и публиковаться в хороших индексируемых журналах.

Расскажите о ваших дальнейших планах, вы планируете посвятить себя научной карьере?

Я поступил в магистратуру на программу «Физика и технология наноструктур» и планирую устроиться сотрудником в лабораторию ближе к концу осени. Дальше хочу пойду в аспирантуру и строить научную карьеру. Планирую брать грант на дальнейшую разработку метода, который я предложил в своей ВКР. Надеюсь, что из этого выйдет что-то большее, чем просто дипломная работа.

Перейти к содержанию