Уже на протяжении 17 лет Андрей занимается исследованиями терагерцового излучения — сначала в СПбГУ и в ИТМО, а затем в Греции, Шотландии и Англии.
Мы поговорили с ним о том, чем отличается российская наука от европейской и как ему удается работать в нескольких странах и проектах одновременно.
Расскажите о ваших исследованиях, чем именно вы занимаетесь?
Практически все время, что я работаю в науке, я специализируюсь на терагерцовом излучении. Сначала я занимался получением терагерцовых голографических изображений, потом постепенно переключился на изучение новых источников этого излучения и способах управления им, в частности, использования для этого оптических наноантенн. В какой-то момент успел поработать даже на ускорителе частиц.
Можете рассказать поподробнее об этом явлении?
Терагерцовое излучение находится между микроволновым и инфракрасным. Это довольно молодая область науки, потому что до 1990-х годов не было ни эффективных управляемых источников, ни приемников этого излучения, а в природе нет материалов, которые непосредственно генерировали бы только терагерцовое излучение. Соответственно, в этом направлении еще много всего можно сделать. Причем, применять те знания и наработки, которые у нас есть о микроволновых и оптических волнах, получается не всегда — поэтому приходится придумывать уникальные решения.
А что изменилось в 90-х?
В первую очередь, появились лазеры сверхбыстрых импульсов. Длина импульса такого лазера как раз позволяет получить излучение терагерцового диапазона — если его генерировать методом оптического выпрямления. Грубо говоря, в оптическом импульсе довольно много колебаний поля, и если такой импульс запустить в среду с нелинейным показателем преломления — кристалл, плазму или же полупроводник — то в результате такого взаимодействия получается огибающая, которая идет по контуру этого импульса и на выходе из среды дает импульс всего с одним колебанием электромагнитного поля. Во временной области такой импульс будет очень похож на удар сердца на кардиограмме, а его спектр окажется как раз между микроволнами и ИК-излучением — то есть в терагерцовой области.
Потом уже были сделаны квантово-каскадные лазеры: в них полупроводники растят слоями, так чтобы переходы между ними давали генерацию излучения непосредственно. Теоретически они были смоделированы еще в 70-х, но сделать их смогли только в 90-е, когда появились технологии роста полупроводников. Сейчас они являются, наверное, единственными источниками, которые непосредственно генерируют терагерцовое излучение, а не конвертируют уже существующее оптическое или микроволновое.
Каково практическое применение этих явлений?
Терагерцовое излучение за пределами научных лабораторий еще довольно мало где используется, потому что сама технология появилась недавно. В основном все исследования этого явления относятся к фундаментальной науке, но практическое применение тоже можно найти, правда, не в самом ближайшем будущем.
Наиболее активно терагерцовое излучение используется в измерениях сверхбыстрых токов, например, с его помощью определяют кинетику зарядов в материалах для сверхбыстрых полупроводников и солнечных батарей — там очень важно, как двигаются заряды под действием света.
Еще одно лабораторное применение — ускорители частиц. Электроны сейчас ускоряют в трубках с вакуумом, к которым приложены очень мощные электромагниты. Получается пучок электронов размером примерно 150 микрон — это то же самое, что величина терагерцового импульса. Так как терагерцовый импульс — это ровно один всплеск поля, то все электроны, попавшие в него, будут одновременно ускорены в одном направлении. При этом есть способы получения терагерцовых импульсов, которые будут иметь очень высокое электрическое поле — гораздо сильнее, чем то, что генерируется огромными электромагнитами. Соответственно, ускорение будет гораздо выше, при этом сама установка получится гораздо более компактной, чем классический линейный ускоритель.
Что касается «бытовых» применений, то, например, существуют прототипы почтового сканера, который сможет определять подозрительные вещества или объекты в посылках. Дело в том, что многие вещества прозрачны для терагерцового излучения: дерево, бумага, керамика. Большие органические молекулы часто имеют так называемые «отпечатки» в терагерцовом диапазоне, поэтому их состав и природу можно определить по спектру на изображении. В настоящее время ТГц-излучение используется для исследования объектов искусства, в дополнение к рентгеновскому излучению — например, предоставляя дополнительную информацию о составе красок, толщине слоев, наличии скрытых слоев картин и черновиков на холстах.
В своей диссертации я занимался построением трехмерных изображений — с помощью терагерцового излучения можно получать снимки гораздо более высокого разрешения, чем тот же МРТ — при этом в режиме реального времени. Это перспективное направление в биомедицине, например, уже есть проекты использования этого метода в лапароскопической хирургии — когда операцию делают не через большие разрезы, а через маленькие отверстия. Есть предварительные исследования о детектировании раковых клеток с помощью терагерцового излучения — в ИТМО этим очень активно занимаются на факультете фотоники и оптоинформатики, в лаборатории Ольги Алексеевны Смолянской.
Почему вы выбрали именно эту область физики?
Это было стечение обстоятельств. Я учился на физическом факультете СПбГУ, заканчивал бакалавриат, и так вышло, что мой научный руководитель неожиданно скончался. После этого я потерялся — никто из научников на факультете не был готов взять надо мной руководство. Жизнь столкнула меня с профессором Виктором Георгиевичем Беспаловым — он позвал меня к себе в Государственный оптический институт, и под его руководством я начал работать с терагерцовым излучением и импульсной голографией. А когда они позже всей лабораторией перешли в ИТМО, я пошел за ними, и в аспирантуру поступил уже в ИТМО.
Какие у вас были впечатления от университета?
Учиться в аспирантуре было бодро, интересно. Так как кафедру фотоники и оптоинформатики только-только открыли, я оказался чуть ли не одним из первых аспирантов. Было очень много профессоров, с которыми можно было общаться, научные сотрудники в лаборатории давали советы. Это было время, когда я действительно научился ставить эксперименты, работать с лазерами — до этого меня в лаборатории так надолго не пускали. Я очень много ездил по конференциям, научный руководитель мне платил зарплату из грантовых средств, поэтому я мог полностью посвящать себя науке и почти не подрабатывать.
После защиты кандидатской диссертации мне предложили остаться и работать в ИТМО, даже дали под руководство маленькую и очень молодую (в плане возраста сотрудников) лабораторию. Но проблема в том, что если не получать никакие гранты, то зарплаты научного сотрудника не хватит даже на то, чтобы снимать однокомнатную квартиру.
В какой-то момент я обнаружил, что очень много времени и сил отдаю на что-то помимо науки, которой я действительно хотел полностью посвятить себя. Хотя у нас было много интересных результатов — мы исследовали процессы генерации терагерцового излучения в плазме, — почему-то мы не очень активно публиковались, не считали это обязательным. Гранты нам тоже тогда никто не давал, поэтому через два года работы мне стало совсем грустно.
Именно тогда вы решили уехать?
Да, я просто разослал резюме по всему миру — во все группы, которые занимались моей тематикой, и с работой которых я был знаком по публикациями и конференциям. Мне на тот момент было все равно, где жить, главное — хотелось заниматься только наукой и больше ничем другим. Ответили мне из двух мест, и я выбрал ту группу, что показалась мне посильней — в Институте электронных систем и лазеров (Institute of Electronic Structure and Laser) в Греции.
Правда, оказался я там не в самое лучшее время — в стране как раз случился кризис, и большинство людей, которые там работали, уехали, а остались только аспиранты и молодые научные сотрудники. Хотя руководитель был очень классный, получилось так, что я там оказался немного в изоляции, но зато там можно было спокойно жить, занимаясь чистой наукой.
Однако, через пару лет мне там стало совсем невмоготу — институт находится в Ираклионе на острове Крит, а это фактически деревня, и мне, как человеку, который вырос в большом городе, там было сложновато жить из-за отсутствия событий, культурной жизни, возможностей социализации. И когда подвернулась вакансия по моей тематике в Великобритании, то я переехал туда.
Расскажите подробнее, как это произошло?
Вакансию в группе Эдика Рафаилова мне посоветовал мой знакомый из Петербурга. Я прошел собеседование — точно так же, как и при устройстве на любую другую работу. В составе этой группы я проработал три года: сначала в Университете Данди в Шотландии, потом в Астонском университете в Бирмингеме. Через три года мой контракт закончился — и мне пришлось срочно искать новое место, чтобы не потерять визу.
Это был довольно успешный проект, посвященный полупроводниковым источникам терагерцового излучения. У нас было достаточно интересных результатов и множество публикаций. Но грантов на дальнейшие исследования мы не получили — это главная причина моих переходов из одного университета в другой.
Вообще, это обычная практика научной работы в европейских странах: пока у тебя нет постоянной позиции в каком-то университете, с тобой заключают контракт на фиксированные сроки. Все зависит от того, дадут ли твоему руководителю новый грант, сможет ли он продлить контракты своих сотрудников. Постоянную позицию мне пока что не удается получить.
Почему? Это настолько сложно?
Формальных каких-то правил здесь нет, но есть общепринятые практики: нужно иметь хорошие публикации, хорошее резюме, много выступать на конференциях — чтобы тебя знали коллеги по всему миру. Когда подаешься на постоянную позицию, по сути, нужно написать заявку на грант: чем именно ты будешь заниматься, расписать свой план действий на ближайшие несколько лет, с кем собираешься сотрудничать, перечислить твои научные связи — так, как если бы ты презентовал свой стартап.
Есть ли разница между российскими университетами и европейскими?
Мне кажется, сейчас уже разницы практически нет. Еще недавно, во времена моего студенчества, было по-другому. Большинству моих преподавателей было под 70, и отношение у них было другое: нам говорили, что наукой мы сможем заниматься только лет через десять, если очень повезет. Наука преподносилась как что-то недосягаемое — настолько крутое, привилегированное, что за работу можно не платить, ведь это само по себе счастье. Сейчас же студентов с первых курсов пускают работать в лабораториях, активно вовлекают их в научные исследования.
Но у студентов здесь все же немного другое отношение, потому что в России до сих пор идут в университет, потому что так принято или чтобы откосить от армии — такая немножко обязаловка. Здесь же обучение чаще всего стоит больших денег, и относятся к этому как к получению услуги. Я бы не сказал, что это сильно сказывается на заинтересованности студентов, но при этом отношение все-таки другое. Просто два разных подхода к мотивации — в России это отчисление, здесь — цена за учебу.
Что касается научной деятельности, то разницы тоже особой нет — в философском смысле. Здесь наука точно так же финансируется, в основном, государством, и сильно зависит от грантов. Сейчас вот все боятся, что правительство приостановит финансирование науки — ведь очень много средств потратили на борьбу с пандемией. Еще тревожит «Брекзит» — раньше многие гранты поступали из Евросоюза, а теперь такой возможности не будет.
Не подумываете вернуться в Россию?
Я не возвращаюсь, потому что это стало бы моим личным поражением. При этом я понимаю, что с точки зрения карьеры это может быть и ростом, если вернуться на какую-то постоянную позицию, которой здесь у меня нет, руководить собственной группой. Но мне очень важно доводить свои планы до конца. И если уж я переехал, то надо попробовать получить постоянную позицию здесь.
Я не считаю, что в России будет хуже. Просто здесь уже начала складываться жизнь — помимо работы. При этом связи с Россией и ИТМО я не теряю. Последние четыре года я удаленно руководил небольшой группой в ИТМО, с участниками которой мы написали довольно много статей по фотопроводящим антеннам — в рамках гранта от РФФИ. Но сейчас ребята сами уехали работать за границу, но я планирую продолжить им заниматься.
Как вы успеваете одновременно вести несколько проектов, да еще и в разных странах?
Это все очень схожая тематика. К тому же у меня не один проект, а несколько, и все они друг на друге завязаны. Допустим, для экспериментов может использоваться одна и та же лабораторная установка. Вообще, текущий проект по РФФИ — исследование гибридных метаматериалов для ультрабыстрых модуляций терагерцового излучения — гораздо ближе к тематике той группы, в которой я сейчас работаю, она как раз называется «группа метаматериалов». Это все довольно близко по тематике. Когда интересны разные вещи, это нормально — работать с разными проектами одновременно. В целом в науке невозможно работать достаточно — всегда что-то да недоделано, всегда приходится работать немножко больше, чем можешь.
