Особенности обучения на физтехе
Работа факультета и его идеология основывается на работе международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов, которым руководит лауреат премии президента РФ в области науки и инноваций Павел Белов, один из лидеров Университета ИТМО по количеству цитируемости научных статей. В составе центра – пять международных научных лабораторий: прикладной радиофизики, нанооптомеханики, фотопроцессов в мезоскопических системах, метаматериалов, гибридной нанофотоники и оптоэлектроники. У каждой лаборатории есть иностранный партнерский вуз, с сотрудниками которого ведутся совместные исследования, в которых участвуют студенты.
«У нашего факультета есть три основные составляющие: наука, образование, инженерия. При этом мы подчеркиваем, что не бывает местной науки или образования – они всегда глобальные», – сказал заместитель декана физтеха Университета ИТМО Михаил Петров.
Факультет тесно сотрудничает с ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, что значит, что занятия для студентов также частично ведутся сотрудниками института. Первые четыре года бакалавриата студенты изучают математику, общую и теоретическую физику. Кроме того, студентов обучают работе со специальными программами, необходимыми для проведения исследовательской работы. Например, им предлагается рассчитать с помощью этих программ динамику полета на Луну и обратно, а также визуализировать весь процесс.
При этом преподаватели стараются как можно раньше вовлекать обучающихся в проектную работу, чтобы они могли быстрее овладевать практическими навыками научной работы в команде. Так, первокурсникам предложили придумать, как бороться с наростами ила на поверхностях, которые постоянно контактируют с водой. По-научному это называется «разработать необрастающие экологические лакокрасочные покрытия». Студенты решили делать это с помощью магнитных наночастиц. Для работы над проектом они могли пользоваться современными микроскопами и другим оборудованием в лабораториях, которые открыты для обучающихся.
«Обучение на физтехе – это не зубрежка. Мы хотим, чтобы для студентов это было, в первую очередь, учебой и работой. Многие студенты начинают работать в наших лабораториях еще до получения диплома. Кто-то уезжает в иностранные вузы по приглашению наших коллег. Это не утечка мозгов, это обычная научная эмиграция, ведь многие иностранные ученые приезжают проводить исследования и в наши лаборатории, то есть это двусторонний процесс. Но не все должны идти в науку – много выпускников идут и в индустрию, в такие компании, как LG, Philips, Samsung, Bosch и другие, в том числе отечественные. Наших студентов, кроме учебы, также ждут конференции, стажировки, эксперименты в лабораториях, летние школы», – рассказал Михаил Петров.
В 2018 году плановый прием в бакалавриат на физико-технический факультет составляет 25 бюджетных мест. Среди прочего, принимаются документы от призеров олимпиад из списка РСОШ, но необходимо иметь подтверждающие результаты ЕГЭ от 75 баллов. В прошлом году на факультет приняли 32 человека, в том числе, призеров олимпиад, выпускников физико-математических школ.
Для поступающих в магистратуру сейчас открыт конкурс портфолио на любую из четырех программ: «Нанофотоника и метаматериалы», «Фотоника диэлектриков и полупроводников», «Радиочастотные системы и устройства» и «Научная коммуникация». Чтобы податься на конкурс, желательно уже иметь публикации в научных журналах, опыт участия в конференциях, какие-либо награды, а также, конечно, высокий средний балл экзаменационных оценок (не ниже 4,5). Свое портфолио нужно загрузить до 31 мая в личном кабинете абитуриента.
На Дне открытых дверей физтеха Университета ИТМО также выступили сами ученые и абитуриенты факультета. Они рассказали о своей работе, чтобы будущие студенты смогли понять, какая наука делается в вузе и чем, соответственно, они тоже смогут заниматься. О том, как и зачем «замораживать» свет, рассказала сотрудник физтеха Ксения Барышникова победитель Science Slam РОСНАНО, а одиннадцатиклассник Максим Мягких описал свои исследования по увеличению КПД солнечных батарей с помощью метаматериалов. ITMO.NEWS записал тезисы.
Наука – это весело: зачем «замораживать» свет и заниматься фундаментальными исследованиями
О фундаментальной науке люди имеют странное представление. Для многих это просто красивые слова: теория струн, галактические пузыри ферми, ядерная паста… Но, когда начинаешь читать про эти слова, понимаешь, что это так сложно, что не оправдывает эту красоту, а еще это совершенно бесполезно и такой наукой занимаются только сумасшедшие ученые. Я такой не была. Я хотела быть полезной людям, создавать приборы, гаджеты, поэтому пошла учиться по специальности «Полупроводниковая электроника и твердотельная физика». Я и не думала, что какие-то нейтронные звезды и черные дыры отзовутся в моей деятельности, но научная жизнь повернулась неожиданно, и вот я рассказываю вам о темной материи.
Не существует единой теории темной материи, которая бы ее полностью объясняла. Ведь мы не можем поставить эксперимент, поэтому все теории соревнуются друг с другом в непротиворечивости физическим принципам. На мой взгляд, анаполь – это самая красивая и стройная теория, которая объясняет существование темной материи. Ее суть заключается в том, что темная материя состоит из таких «бубликов», то есть торов на научном языке. Когда электромагнитное излучение попадает в такой «бублик», то превращается в некие «токи», которые бегут по поверхности «бублика» бесконечно долго. То есть свет, который является электромагнитным излучением, «замораживается» в этом смысле в темной материи.
Вопрос: а почем это полезно и почему ученым должно быть не все равно? Я знаю, как выглядят анаполи в диэлектрической нанофотонике. Но диэлектрическая нанофотника – что это? Фотоника – это наука о свете. Приставка «нано» значит то, что изучается взаимодействие света с наночастицами, а диэлектрическая значит, что взаимодействие происходит с такими наночастицами, которые не имеют собственного поглощения. Ведь анаполи могут существовать только в непоглощающих частицах. Мы проводили эксперименты в лаборатории, которые показали, что можно создать условия, при которых те самые «токи» образуются внутри кремниевого цилиндра и бегут по его поверхности. То есть вся энергия света, которым мы светим на цилиндр, преобразуется в эти «токи».
Теперь пример, как это можно использовать на практике. Вот звонят мне как-то коллеги и говорят, что они хотят сделать умный стол, который будет заряжать все предметы, которые на нем лежат: компьютеры, телефоны, лампочки. Но проблема в том, что нужно сделать так, чтобы человек, который сидит за столом, не получал никакого облучения. Так, мы нашли условия с использованием анаполей, которые я изучаю, при которых передача энергии будет идти эффективно и без ущерба человеку. Кроме того, применять анаполи можно в лазерах в качестве резонаторов.
Фундаментальная наука – это красиво, описывается простыми моделями, но работает в непредсказуемых областях. Это очень полезно, правда, не всегда сразу понятно, где она принесет пользу.
Как увеличить КПД солнечных батарей с помощью наноматериалов и заниматься наукой в вузе, еще будучи школьником
Я пришел в Университет ИТМО на летнюю практику, мне понравилось, я остался. Весь 11 класс провожу здесь научное исследование. Я занимаюсь решением проблемы энергоэффективности солнечных батарей. Сейчас у батарей позорно низкий КПД – всего в 5-10 %. Это даже ниже, чем у тепловых двигателей. Дело в том, что свет, проходя через защитную пленку панели батареи, лишь частично попадает на ее рабочую поверхность, а в большинстве отражается и уходит в окружающую среду, так и не вызвав ток.
Что можно сделать? Можно покрыть наружную поверхность панели слоем такого вещества, которое будет зеркальным и одновременно прозрачным. По принципу действия эффект будет как от тонировки. То есть свет будет проходить через прозрачный слой наружной поверхности, попадать на рабочую поверхность батареи, отражаться, а затем попадать за зеркальный слой, отражаться от него и снова попадать на рабочую поверхность батареи. Но какой материал для этого подойдет?
Здесь на помощь приходят нанотехнологии и метаматериалы. Когда свет попадает на такой материал, он может отразиться, «запереться» в нем, поглотиться. Мы решили работать с метаматериалом, который состоит из таких кремниевых «пирамидок» высотой 250 нанометров. Для моделирования взаимодействия этих частиц со светом мне пришлось изучить специальную программу, она сложная, я еще до сих пор в ней разбираюсь. Изменениями параметров частицы нам удалось добиться такого эффекта, чтобы свет, падая с одной стороны на материал, проходил почти весь насквозь, а, падая с другой стороны, отражался. Согласно нашим расчетам, благодаря этому метаматериалу КПД солнечных батарей может перевалить за 30%.
Также на Дне открытых дверей физтеха выступил аспирант факультета Георгий Зограф, который рассказал о своих исследованиях кремниевых частиц. Тезисы его выступления можно прочитать в нашем материале о недавнем Science Slam в Петербурге, в котором Георгий стал победителем.
