Об Университете Исландии и совместной аспирантуре
Университет Исландии является крупнейшим вузом страны, в нем обучаются более 13 тысяч студентов из разных стран по 300 программам в области технических, гуманитарных, общественных наук. В международном и наиболее авторитетном рейтинге институтов высшего образования Times Higher Education вуз сейчас занимает позицию 200-250, наилучшие показатели демонстрирует по количеству цитирований научных статей ученых, а также по объему международного сотрудничества (сюда входит количество иностранных студентов, преподавателей, ученых, другие формы сотрудничества). Высокий показатель цитируемости указывает на то, что в университете большой упор делается именно на научную работу в ведущих областях. Это подтверждается и кратким описанием миссии вуза, где также отмечается, что Университет Исландии стремится попасть в топ-100 лучших университетов мира.
Сергей Власов и Сергей Ляшко стали одними из первых аспирантов, которые получили возможность проводить свои научные исследования совместно с учеными из Университета Исландии по договору совместной аспирантуры. Они работали в группе профессора факультета физики Ханнеса Йонссона, который руководит группой, исследующей применения теории переходного состояния, и является мировым экспертом в этой области. Эта теория была разработана для решения фундаментальных проблем в химии. Однако ее принципы и подходы позволяют использовать ее и для решения проблем, которые возникают в исследованиях устойчивости магнитных состояний наноструктур. Выпускники Сергей Власов и Сергей Ляшко в Университете ИТМО работали под научным руководством Валерия Уздина, профессора кафедры высшей математики и сотрудника международной лаборатории «Математические методы исследования сложных физических систем». У лаборатории налажены контакты с группой Ханнеса Йонссона, что и позволило аспирантам работать в исландском университете.
Финансирование аспиранты получали частично от Университета Исландии. Однако для того, чтобы пройти стажировку, они участвовали в общем конкурсе на участие в программе двойной аспирантуры. Для этого нужно было отправить резюме и мотивационное письмо в принимающий университет. Конечно, то, что молодые ученые уже работали в команде Валерия Уздина, сыграло большую роль. Так, сотрудничать с группой Ханнеса Йонссона аспирант Сергей Власов стал на втором курсе четырехлетней аспирантуры, а Сергей Ляшко – на третьем. В Исландии ученые работали примерно 30-40% времени, большинство же исследований проводилось в стенах Университета ИТМО. Кандидаты наук занимались теоретическими исследованиями, которые позволят совершенствовать магнитную запись в условиях, когда устройства такой записи становятся все меньше и меньше.
О научной работе аспирантов
Для создания магнитных запоминающих устройств в компьютерах используются массивы мельчайших магнитов. Информации в двоичном виде кодируется одним из основных физических характеристик магнитов – направлением вектора намагниченности, например, его ориентацию вверх можно считать за единицу, а вниз – нулю. Точность записи и хранения информации зависит от того, насколько удается управлять этой кодировкой, а также поддерживать направления магнитных моментов неизменными.
Требования больших мощностей вычислительных систем вынуждают разработчиков уменьшать размеры всех элементов компьютеров. То же самое относится и к массивам магнитов в магнитных запоминающих устройствах (тех же жестких дисках). Чем меньше магнит, тем больше массивов можно создать и больше данных записать. Однако в наноразмерной физике действуют другие законы, в том числе, начинают наблюдаться квантовые эффекты, а также система становится более чувствительной к внешнему магнитному полю, температуре и другим воздействиям. Изучением этих специфических для наноразмерных магнитов проблем и занимались Сергей Власов и Сергей Ляшко совместно с Университетом Исландии.
Специализацией Сергея Ляшко были исследования искусственного спинового льда. Это созданные в лабораторных условиях магнитные структуры, состоящие из продолговатых магнитных наноостровков, расположенных в определенном порядке. Каждый из магнитных островков обладает вектором намагниченности, а определенное состояние всей структуры задается направлениями намагниченности всех островков. Когда говорят «время жизни системы» имеют в виду, как долго в ней будут поддерживаться установленные направления намагниченности. Обширные исследования подобных систем уже привели к открытию новых физических феноменов, таких как, например, магнитные монополи, также они предположительно могут послужить увеличению эффективности магнитной памяти.
«В исследовательской группе Ханнеса Йонссона изучают, как с помощью теории переходного состояния определить время жизни конкретной физической системы под действием таких внешних факторов, как температура и внешнее поле. Когда экспериментальные группы получают какие-либо результаты о времени жизни системы, то для их теоретического описания используется так называемый закон Аррениуса. В этом законе по сути есть две неизвестные величины – энергетический барьер, который необходимо преодолеть при переходе между состояниями, и так называемая частота попыток перехода между состояниями. Сейчас существует такая практика, что частота попыток перехода в теоретическом описании просто выбирается таким образом, чтобы теоретический результат повторял экспериментальные данные. Я же занимался тем, что “честно” считал для конкретных систем обе части закона Аррениуса, при этом полученные результаты отлично согласовывались с экспериментом. Благодаря такому подходу можно не только эффективно описывать существующие эксперименты, но и теоретически предсказывать времена жизни определенных магнитных систем, например для записи данных еще до проведения реальных экспериментов. Что является немаловажным фактором при разработке новых устройств», – прокомментировал Сергей Ляшко.
Точное моделирование и подсчеты времени жизни системы помогут и в других топовых разработках магнитных устройств записи информации, например, скирмионов, добавил Сергей Ляшко. Скирмионы – это магнитные хиральные структуры. Ожидается, что системы магнитной записи с их использованием будут очень устойчивы к внешним воздействиям, а сама запись и чтение станут более быстрыми.
Другая значимая проблема в создании наноразмерных устройств магнитной записи – это устойчивость магнитных структур относительно изменений внешней температуры. В классических на сегодняшний день системах магнитной записи их устойчивость при охлаждении повышается. Это значит, что вероятность спонтанных изменений направлений магнитных моментов стремится к нулю, то есть неожиданная перекодировка записанной информации и следовательно ее потеря маловероятна. Другими словами, время жизни системы серьезно увеличивается.
Однако при уменьшении систем магнитной записи начинают играть роль квантовые эффекты, в том числе, квантовое туннелирование. Это такой эффект, при котором частица может преодолеть какой-либо энергетический барьер, даже если ее собственная энергия меньше энергии барьера. Эффект может вызывать спонтанные изменения в состоянии магнитной системы, и предсказать их очень сложно, так как само туннелирование является вероятностным и зависит от соотношения энергии частицы и энергии барьера. При этом существенность квантовых эффектов в системах магнитной записи также будет зависеть от внешней температуры. Температура, при которой квантовое туннелирование становится доминирующим механизмом, а время жизни системы конечным, называется температурой кроссовера.
«Мы не хотим, чтобы в наноразмерных системах магнитной записи возникали такие спонтанные переходы. Поэтому я занимался, в том числе, поиском температуры кроссовера для таких систем, то есть такой температуры, при которой квантовое туннелирование становится существенным и может повлиять на стабильность системы. Вторая часть работы была посвящена моделированию этого туннелирования, или, выражаясь техническими терминами, поиску траекторий инстантона при конечной температуре», – сказал Сергей Власов.
О работе и жизни в Исландии
В Университете Исландии выпускники Университета ИТМО работали именно над теоретической физикой. Однако в вузе также есть большая экспериментальная группа в этой же области, что было очень удобно, так как можно было сразу обсуждать какие-либо вопросы.
«При этом организация самой научной работы не отличается от стандартов, принятых в других вузах Европы или в Университете ИТМО. Аспирант – это сотрудник лаборатории, это его постоянная работа. Возможно, условия для работы в Университете Исландии более комфортные. Я бы с удовольствием туда вернулся поработать, но сначала хочется поработать где-нибудь с более приятным климатом», – отметил Сергей Ляшко.
«В Университете Исландии иностранцев, на самом деле, больше, чем местных, поэтому атмосфера в офисе очень интернациональная: есть ученые из Европы, Азии. Работать было очень интересно и в плане получения международного опыта. Из-за этого также в команде всегда все были очень серьезно настроены на работу, стремились получить максимум от нее. Тем более, мы работали с одним из лучших экспертов в нашей области в мире», – добавил Сергей Власов.
Что касается менталитета исландцев, то оба бывших аспиранта подчеркнули, что почти всем островитянам свойственно более расслабленное отношение к жизни и бытовым проблемам.
«Они живут не спеша, сегодняшним днем. Договариваться о чем-то на будущее вообще нет смысла. Например, если вы хотели идти на пикник, но пошел дождь, то все отменится. Если, наоборот, выдался солнечный день, то люди могут резко сорваться на природу. Если там выпадает много снега, то коммунальные службы не спешат его убирать, а делают это постепенно в течение дня, поэтому с утра приходилось прыгать по сугробам. Их стиль жизни отличается от традиционных европейских стандартов», – описал Сергей Власов.
Но при этом исландцы – невероятно сплоченный и дружелюбный народ, хотя сразу этого можно не понять. Например, у них не принято здороваться друг с другом, если вы встретились где-то со знакомым и никак не планируете проводить с ним время
«Я читал книгу для туристов, и там это поведение исландцев было объяснено следующим образом. На острове проживает всего около 350 тысяч человек, две трети – в столице. И, по сути, почти все друг друга так или иначе знают. Поэтому на приветствия со всеми могла бы уходить добрая половина дня. Минимальная причина поздороваться – это если вы не виделись пару лет или если у вас что-то произошло. Но при этом исландцы – очень приветливые и веселые люди, которые всегда рады помочь и поддержать», – рассказал Сергей Ляшко.
А пример солидарности исландцев долго искать не нужно. Недавно сборная страны по футболу вызвала фурор в спортивном мире, выиграв у сборной Англии и прорвавшись на Чемпионат мира, который состоится в будущем году. В тот момент, когда это произошло, Сергей Власов как раз находился на острове.
«Отборочные матчи транслировались на центральных площадях города. Они начинались где-то в 16-17 часов по местному времени, и с этого часа почти ничего в Рейкьявике не работало, а в магазинах была открыта максимум одна касса. Все смотрели эти матчи. А после победы над Англией люди всю ночь праздновали на улицах, хотя это был будний день», – рассказал он.
И конечно, аспиранты успели посмотреть все природные красоты Исландии, начиная от гейзеров и заканчивая ледниками.
