О Премии

Для начала расскажите, пожалуйста, о премии — кому и за что она присуждается?

Это премия сообщества IEEE МТТ-S (общество ученых, работающих в области электромагнитной теории и СВЧ-измерений, создано на базе Института инженеров радиоэлектроники и электротехники (IEEE) — прим.ред.) для студентов и аспирантов, исследования которых связаны с теорией микроволнового, или, как у нас чаще говорят, сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения, или с техникой на его основе.

Премия для аспирантов и магистрантов составляет по 6000 долларов на человека, ее получают каждый год 12 физиков, занимающихся СВЧ-электроникой и СВЧ-инженерией, и еще двое ученых, которые занимаются медицинскими приложениями микроволнового излучения.

Чтобы иметь право на премию, ты должен учиться по направлению СВЧ-электроники, СВЧ-инженерии, а также должен иметь проект по этой тематике, которым ты будешь заниматься в ближайшие 12 месяцев. К заявке ты прикладываешь описание проекта и свое резюме со всеми публикациями, регалиями и так далее.

Почему вы решили податься на эту премию?

Меня вдохновил мой научный руководитель, Алексей Слобожанюк, у которого есть эта премия. Его научный руководитель, Павел Белов, тоже когда-то получал эту премию — вообще в Университете ИТМО и в целом в России только они двое удостаивались этой награды, будучи аспирантами. Важно отметить, что ряд коллег из Университета ИТМО получали награду данного общества для студентов [IEEE undergraduate/pre-graduate fellowship]. У меня возник спортивный интерес — мне захотелось посоревноваться за престиж, да и за внушительную сумму.

А когда вы узнали, что все же выиграли и стали третьим человеком в Университете ИТМО, получившим IEEE Graduate Fellowship?

Я тогда как раз был на фильме «1917» с друзьями, мы выходим из зала, только купили поесть и вдруг приходит письмо. Сначала я подумал, что это спам — какой-то человек, которого я не знаю, вдруг мне пишет. А потом открываю, смотрю, а там поздравляют меня с победой в конкурсе IEEE Microwave Theory and Techniques Society. Это, конечно, было очень неожиданно, конкуренция там очень большая.

О работе

Вы сказали, что при подаче заявки надо озвучить проект, которым вы будете заниматься на деньги от премии. Какое исследование назвали вы?

Проект по топологической фотонике. Он пересекается с тем, что я делаю в рамках кандидатской диссертации. Как известно, мы все хотим, чтобы наши устройства были как можно меньше, но чем компактнее детали, тем сложнее их изготавливать. Когда мы доходим до определенного уровня компактности, любой, даже самый микроскопический, дефект имеет существенное влияние и может приводить к снижению эффективности работы устройства. Именно здесь к нам на помощь приходит топологическая фотоника.

Некоторое время назад ученые открыли так называемые топологические изоляторы (Нобелевская премия в 2016 году). Эти структуры внутри себя ничего не пропускают, то есть ведут себя как диэлектрики. А вот по поверхности этих тел проводят электрический ток. Я же занимаюсь разработкой электромагнитных аналогов топологических изоляторов, в которых энергию переносят электромагнитные волны. Эти структуры помогают нам не обращать внимания на дефекты, потому что, если электромагнитная волна бежит по их поверхности и натыкается на дефект, то не происходит рассеяния (которое можно увидеть, например, если согнуть оптоволоконный кабель), она просто обогнет его и побежит дальше по поверхности, без потерь.

Сейчас активно исследуются двумерные электромагнитные топологические изоляторы, мы сами работаем по этой тематике, у нас недавно вышла статья в лучшем журнале по фотонике Nature Photonics. Трехмерных же топологических изоляторов пока чрезвычайно мало (имеется лишь одна экспериментальная работа с рядом ограничений в применении). Именно этим я и планирую заняться — сделать трехмерные электромагнитные топологические изоляторы, как обычные, в которых частицы бегут по всей поверхности, так и высокого порядка, в которых электромагнитная волна бежит лишь по граням или вообще фокусируется на углах. Это позволит достигать большей гибкости системы, даст нам больше возможности по управлению электромагнитными волнами.

Почему вы вообще решили заниматься топологической фотоникой?

Вообще изначально, когда я еще учился в бакалавриате Политеха, я специализировался на квантовой электронике — это лазеры, МРТ и так далее. Я тогда только закончил школу, меня привлекла квантовая электроника, что-то такое необычное, интересное.

Затем я поступил в магистратуру Университета ИТМО в 2015 году и начал работать под руководством Станислава Глыбовского над метаповерхностями — это очень интересные материалы, в которых простым изменением геометрии отдельных ячеек периодической структуры можно получать любые свойства: материал может полностью поглощать волны, может полностью отражать, преобразовывать поляризацию и многое другое.

Как-то ко мне подошел мой будущий научный руководитель Алексей Слобожанюк, он тогда только вернулся из Австралии, у него не хватало рабочих рук для одного проекта, и он попросил помочь. Сказал, что будем работать с топологическими изоляторами, я тогда об этом ничего не знал и спросил, что это такое. Он объяснил, мол, с их помощью можно проводить без потерь энергию, несмотря на дефекты. Звучало необычно, я решил, что надо попробовать. Мы начали делать проект под руководством ведущего мирового специалиста в области топологической фотоники профессора Александра Ханикаева из Городского университета Нью-Йорка. Целью данной работы было исследование открытой (то есть, когда есть потери на излучение) двумерной системы и экспериментальное обнаружение в ней топологических краевых состояний.

В результате работы над проектом родилась статья, опубликованная в Nature Communications. Работа мне понравилась, она вдохновляла, и я решил глубже погрузиться в эту тему — так все и началось. Кстати, для этой статьи я делал измерения прямо в Новый год. Нам в самом конце года сказали, что в ближайшие две недели кровь из носа надо отправить правки, а оставался в лаборатории только я. У рецензента был вопрос: один из описанных нами эффектов в оптическом диапазоне не получалось проверить, необходимо было его сделать в микроволновом и отправить результаты рецензенту. Никто больше из соавторов не мог это сделать, и вот я с 30 декабря по 8 или 9 января приезжал в лабораторию, каждый день с утра до ночи там сидел, мерил-мерил. И наконец получилось. Работал много, зато результаты очень хорошие.

Вообще, это какой-то злой рок — практически все основные результаты у меня получаются путем проведения экспериментов на новогодних праздниках. Видимо, в этом мой рецепт успеха — счастье к нам приходит в Новом году, но главное — не откладывать.

А что делают ученые, занимающиеся топологической фотоникой, как выглядит их работа, день?

Одним из интересных моментов является то, что каждый день является уникальным. Нет такого, что мы сидим от восхода до заката и монотонно делаем одно и то же каждый день. Есть и еженедельные семинары на различные естественнонаучные темы. К нам регулярно приезжают ученые со всего мира, читают лекции и даже иногда целые курсы. Есть и встречи с индустриальными партнерами. Также на нашем факультете активно продвигается междисциплинарное взаимодействие. Есть и элементы «тимбилдинга». Например, сейчас вводятся утренние и вечерние чаепития для коллективного обсуждения научных проблем, а также спортивные мероприятия (волейбол, футбол). Очень важно, что руководство факультета обеспечивает свободу выбора и действий в твоей работе.

Прелесть нашей работы в том, что ты делаешь все, что вообще делают ученые — весь спектр действий. Сначала ты занимаешься теорией, строишь гипотезу. Далее на основе этой работы мы разрабатываем структуры, в которых планируем обнаружить теоретически описанные явления. Для этого есть программы, которые позволяют смоделировать и рассчитать необходимый дизайн.

После этого наступает очередь эксперимента. Для него ранее рассчитанную структуру надо сделать, иногда мы делаем их сами, паяем, фрезеруем, вытравливаем — много что делаем. Ну и наконец, последний этап — мы идем в безэховую камеру. Это комната, в которой поглощаются все электромагнитные волны, что позволяет в идеальных условиях провести эксперименты. Вообще такая камера для университета удовольствие дорогое, не каждый вуз может ее позволить, но у нас она есть.

А как происходят в опыты в этой камере?

Методов измерений несколько, в зависимости от того, что ты измеряешь. Можно, например, измерять ближнее поле — возбуждать структуру электромагнитными волнами, а потом водить над поверхностью специальным зондом, который показывает, какие у вас краевые волны на образце. Для измерений у нас большое количество профессионального измерительного оборудования, работающего в СВЧ-диапазоне: векторный анализатор цепей, сканер, другие устройства. Стоит отметить, что этим оборудованием пользуются в ведущих компаниях или научных центрах при СВЧ-измерениях, а у нас с ним могут работать студенты, получая тем самым уникальный опыт.

Пока проводятся измерения в безэховой камере, в помещении человека быть не должно — человеческое тело переотражает волны, что будет сбивать измерения. Более того, был у меня один интересный момент, когда я только начинал делать эксперименты: мы ставили две антенны, одна из которых облучала исследуемую структуру, а другая принимала отраженный сигнал. Так вот можно было видеть, как изменялась картина просто в зависимости от того, была ли открыта дверь в камеру или полностью закрыта.

Вы сказали, что ученый, занимающийся топологической фотоникой, делает все, что может делать ученый. Какая же часть работы вам лично больше всего нравится?

Я, конечно, люблю больше всего эксперименты, потому что эксперимент приближает тебя к реальной жизни. Потому что теоретики могут что угодно придумать, и это может быть правдой, только нужно это сначала подтвердить. Ты никогда не сможешь применить результат работы ученых, если у тебя не будет хотя бы первого экспериментального подтверждения какого-то эффекта. Мне важно, чтобы то, чем я занимался, потом было применимо где-то, в народном хозяйстве или в каком угодно хозяйстве.

Конечно, экспериментальные исследования требуют определенного опыта. Приходится часто что-то переделывать, например, образцы. С одной стороны, это утомительно и очень раздражает, с другой — интересен процесс, ты понимаешь, к чему ты идешь, ты и сам приобретаешь опыт, который можешь передать потом кому-то, это здорово.

Что вдохновляет вас на работу?

Вдохновляет новизна — ты можешь заниматься здесь, чем хочешь, тем, что тебе интересно. Вдохновляет физика, которую ты открываешь, которую до тебя не исследовали никогда. Когда ты видишь эффект, который никто до тебя не видел, не скажу, что это какая-то эйфория, но это, как минимум, радость большая, улыбка на лице, хочется отмечать.

Особенно вдохновляют, конечно, коллеги, с кем я непосредственно работаю. Например, сотрудники нашего факультета, несмотря на свой молодой возраст, являются ведущими специалистами в определенных научных областях: Станислав Глыбовский обладает обширными познаниями в области СВЧ; Максим Горлач — человек, к которому можно обратиться по любому теоретическому вопросу; Мой научный руководитель заряжает своим бесконечным оптимизмом и большими целями и достижениями. А также мои зарубежные менторы, например, профессор Александр Ханикаев, кто является первооткрывателем в области топологической фотоники, вдохновляет масштабностью поставленных задач и успехом в науке. Ну и как же быть без студентов, которые вдохновляют тебя быть лучше. Работа в коллективе вообще положительно сказывается на успехах в целом — мы все вместе двигаем друг друга вперед.

О жизни

Чему вы посвящаете свободное время?

Дело в том, как грамотно время использовать. Хобби есть, я полупрофессиональный футболист, занимаюсь спортом — армрестлинг, настольный теннис. Я почти всеяден в этом плане. На гитаре играю, сейчас начал активнее читать художественную литературу.

Что из книг впечатлило?

Из последнего Джон Гришэм. Я приехал из Америки недавно. Ну, как недавно, полгода уже прошло. Но, тем не менее, я немножко поварился в той среде и решил почитать американского писателя Джона Гришэма, роман под названием «Фирма». Это о том, как главный герой, закончив Гарвард, устроился в небольшую юридическую фирму, которая, как выяснилось, занимается нелегальной деятельностью. Работа очень тяжелая и изнурительная, из парня все соки выжимают. Очень легко читается, и правда жизни какая-то есть.

Кстати, о поездке в Америку. Что вас впечатлило?

Я ездил несколько раз, на конференции. В 2018 я пробыл там три недели в Бостоне и лично познакомился с профессором Александром Ханикаевым, с которым взаимодействовал потом по статьям. Затем я выиграл в прошлом году президентскую стипендию на обучение за рубежом и поехал к этому профессору на стажировку на пять месяцев.

В Америке все более жестко, более регламентировано, и там многое платно. Не везде есть свои лаборатории, приходилось, например, арендовать оборудование для создания наноструктур и их исследования. Конкуренция там больше, все построено на том, кто быстрее откроет новое явление. За счет этого получаются хорошие статьи в больших журналах, но это немного убивает твое личное творчество. Ты гоняешься, куда-то летишь, бежишь — это стресс, но, вместе с тем, это очень полезный опыт, я бы хотел испытать его еще раз.