«Еще один физик — горе в семье»

Мои мама, папа и оба дяди — физики по образованию. Но меня никто не заставлял идти по этому же пути. Просто так получилось. У меня было окружение, которое могло мне всё объяснить. А ещё ― возможность разобраться в устройстве базовых вещей, например, газовой системы и аккумуляторов, ведь в моем детстве, которое прошло в доме в Тбилиси, часто отключали электричество и газовое отопление. И чем больше у меня было ответов на какие-либо вопросы, тем сильнее я увлекался физикой.

В восьмом классе я перевелся в тбилисскую 42-ю физико-математическую школу, названную в честь грузинского математика Ильи Векуа, и, как я шучу, на этом мое детство закончилось. Затем переехал в Петербург и продолжил учиться в Президентском физико-математическом лицее № 239. Переезд был довольно естественным, так как моя моя семья всегда проживала в двух местах: часть родственников — в Ленинграде, а часть — в Тбилиси. Поэтому с начала 90-х годов я проводил много времени, разъезжая между Тбилиси и Петербургом.

В 2003 году, когда я выпускался из школы, у меня было желание как-то продолжать изучать физику, хотя перспективы научной карьеры были в то время, мягко говоря, туманными. Помню, как-то за обедом сказал папе, что, наверно, буду поступать в СПбПУ на физику, он чуть не поперхнулся и пошутил: «Ну ладно, наверно, еще одного физика мы вытянем». В СПбПУ я стал изучать физику твердого тела на физико-техническом факультете, а с третьего курса — заниматься наукой и преподаванием. В этом же университете прошла и моя магистратура, а двойную аспирантуру я окончил в Санкт-Петербургском Академическом университете и Университете восточной Финляндии.

Всё это время я учился с удовольствием ― просто потому, что мне нравилось учиться. Это можно сравнить с привычкой заниматься спортом — вы бегаете, потому что вам нравится бегать, а не потому, что хотите выиграть Олимпиаду. И только к концу аспирантуры я стал осознанно спрашивать себя: «Куда я бегу?» ― и в итоге решил немного поменять направление больше в сторону теории и фундаментальных исследований. К этому моменту ― в 2014 году ― на физическом факультете ИТМО собралась, как я ее называю, банда из людей, с которыми я дружил и которых знал к тому времени уже много лет — Ивана Иорша, Андрея Богданова, Антона Самусева, Александра Поддубного. Познакомившись и пообщавшись с Ириной Мельчаковой и Павлом Беловым, я понял, что будет весело и интересно, и пришел в ИТМО на позицию постдока.

Потом ко мне постепенно начали подтягиваться студенты и аспиранты, а научные интересы расширялись. В какой-то момент я понял, что их число неумолимо идет к 20, и тогда ― года два назад ― стало ясно, что у нас собралась научная группа, и выяснилось, что я PI.

Четыре всадника — научные проекты PI

В основном мы занимаемся теоретическими основами прикладной физики и помогаем сокращать время появления новых технологий. Один из проектов, по которому уже есть результаты, — создание компактных эффективных конверторов для инфракрасного лазера. Такие конверторы позволяют, в частности, визуализировать инфракрасное излучение переводя его в видимый диапазон. Ранее команда Нового физтеха ИТМО вместе с коллегами из Алферовского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработала гибкую прозрачную мембрану. Она не только делает инфракрасный луч видимым для человека, но и меняет его на любой цвет радуги. Это полезное изобретение, его можно использовать в оптических лабораториях и на производстве для проверки лазерной установки.

Мы в первую очередь занимаемся фундаментальными вопросами подобных систем, работающих на принципе генерации высших оптических гармоник. Сейчас мы стремимся к тому, чтобы сделать для компактных лазерных установок мембраны толщиной не более одного микрона, то есть в том же масштабе, что и длина волны лазера. Но трудность в том, что существующие теоретические подходы не предназначены для проектирования систем такого размера. Поэтому нам приходится заново изобретать нелинейную оптику на субволновом масштабе. Зато, если у нас получится, мы сможем создать лазерную установку с мембраной на чипе, которую можно использовать для локальных неинвазивных медицинских операций или телекоммуникационных систем, чтобы передавать и усиливать сигналы связи. В перспективе это может также создать задел для разработки элементов фотонного компьютера.

Прочитайте также:

Сделать инфракрасное видимым: ученые предложили прототип нового визуализатора для инфракрасного лазера

Второе направление — изучение квантово-оптических систем. Ученые со всего мира небезосновательно полагают, что именно за такими системами будущее квантовых вычислений и симуляций. Существует огромное множество подобных систем. В целом, они работают по общему принципу — вы посылаете оптический сигнал в квантовую систему, внутри которой реализуется некий квантовый протокол, и потом излучение выводится из системы. Но, перефразируя Льва Николаевича Толстого, каждая квантовая система несчастлива по своему. Мы занимаемся вопросами квантовой памяти — устройства, где могут храниться квантовые возбуждения, не теряя своих свойств. Одно из решений — использование облаков ультрахолодных атомов, которые могут удерживать оптический сигнал и долго хранить его в себе. Здесь нам помогает опыт, накопленный ранее за время работы с нанофотонными резонаторами. Это маленькие устройства, которые могут накапливать достаточно энергии для усиления излучения и создания условий лазерной генерации.

Прочитайте также:

Ожерелье из резонаторов: как ученые борются за эффективность управления светом на наномасштабе

Еще одно направление — это оптическая левитация и оптический пинцет. Эту технологию развивают с 1960-х годов, и за ее разработку американский физик Артур Эшкин вместе с двумя другими учеными получил Нобелевскую премию по физике в 2018 году. С помощью лазерного пинцета, в основе которого ― лазерное излучение, можно удерживать в воздухе микроскопическую частицу (например молекулу, наночастицу или клетку) и управлять ею, изучать ее структуру и свойства. Мы же разрабатываем и предлагаем принципиально новые подходы к управлению микрообъектами, структурируя излучение и используя вспомогательные фотонные структуры.

Прочитайте также:

Оптический пинцет, квантовая криптография и 3D-телевидение: какие возможности открывает новое учебное оборудование Нового физтеха ИТМО

Акустическая левитация так же, как и оптическая, может помогать удерживать микрообъекты. Происходит это путем столкновения звуковых волн с объектами. Мы разрабатываем вспомогательные искусственные метаструктуры с определенной геометрией, которые позволят удерживать и перемещать сразу несколько частиц. В перспективе такая разработка будет полезна для сортировки клеток или наночастиц по критериям, которые выделит сам ученый.

Прочитайте также:

Тихое место: ученые ИТМО разработали конструкцию, которая подавляет уровень шума в 10 раз

Как управлять командой и лабораториями

Всеми четырьмя проектами занимается научная группа из 25 человек. Основная часть нашей команды — это теоретики, которым не нужно специальное оборудование для работы. Но с недавнего времени мы активно развиваем и экспериментальные направления исследований. Оптики работают в уже укомплектованных лабораториях Нового физтеха в корпусе на улице Ломоносова, 9. Часть команды, ответственная за проект по акустической левитации и метаматериалам, работает в акустической лаборатории в корпусе на Биржевой линии, 14–16.

В нашей группе много молодых студентов и аспирантов, и это вносит свою лепту в управление командой. PI важно быть не только ученым и руководителем исследователей, но еще HR-специалистом и психологом. Это важно, чтобы понимать, что движет людьми в команде, почему они ведут себя так или иначе, как им помочь на пути достижения их целей.

Для себя я выделил несколько правил, которых придерживаюсь в управлении командой:

• Мне интереснее мотивировать, чем указывать, что нужно делать. Такой подход воспитывает самостоятельность и интерес, а не гиперопеку и чувство долга у студентов передо мной.
• Нужно создавать атмосферу открытости и поддержки и стараться не допускать внутренней конкуренции в команде.
• Важно общаться с людьми. Каждую неделю мы собираемся всей группой и отдельными подгруппами, чтобы обсудить текущие научные задачи. А раз в полгода мы общаемся с каждым членом группы по несколько часов, это стандартная процедура на нашем факультете. Мы рефлексируем, обсуждаем, что удалось и не удалось сделать за это время, что нравится и не нравится и чем человек планирует заниматься дальше.

Какие возможности для развития PI есть в ИТМО

Университет создает благоприятную обстановку и условия, чтобы появлялись новые PI и научные группы. В частности ― предоставляет помещения, нужное оборудование и финансовую поддержку в рамках программы развития «Приоритет–2030».

Еще нам очень помогает программа ITMO Fellowship and Professorship. С ее помощью мы привлекаем новых людей, чьи навыки нам полезны для конкретных экспериментов. Так недавно мы смогли привлечь высококвалифицированного специалиста-оптика из Новосибирска, который в том числе будет развивать использование методов машинного обучения в работе с оптическим пинцетом.