Делать первые шаги в науке непросто. К счастью, в МИЭТе всегда есть люди, которые готовы поделиться своим опытом. В этом интервью начальник научно-исследовательской лаборатории «Материалы и устройства активной фотоники» Пётр Иванович Лазаренко поделился с нами некоторыми фактами пути своего развития в науке и образовании. 

 Пётр Иванович Лазаренко

– Пётр Иванович, мы знаем, что у вас много статей, проектов, патентов, и при этом вы ведёте несколько курсов лекций, семинарские занятия. Как вы всё успеваете?

– В этом году в рамках Института перспективных материалов и технологий создана лаборатория «Материалы и устройства активной фотоники». Это молодёжная лаборатория. Численность штата составляет 24 человека, средний возраст – 27 лет, а самый молодой сотрудник – студент третьего курса (лаборант химического анализа). То есть лаборатория включает в себя достаточно большую команду заинтересованных и увлечённых наукой людей. И, естественно, над получением любого результата всегда работает команда, как в случае постановки и выполнения эксперимента, так и при подготовке учебного курса или мероприятия.

Кроме того, зачастую результат достигается при взаимодействии с другими научными группами, университетами, индустриальными партнёрами. На мой взгляд, научная работа и учебная деятельность не должны быть замкнуты внутри университета: командам стоит обмениваться кадрами и опытом. К примеру, в нашей лаборатории работают не только ребята из МИЭТа, но и сотрудники, пришедшие к нам из других организаций и даже из других стран, например, граждане Киргизии, Белоруссии и Ирана. Поэтому у меня нет ответа на ваш вопрос о том, как я всё успеваю. Более корректно будет спросить: «Как команда всё успевает?». Однако результаты команды лучше оценивать кому-то со стороны. На мой взгляд, мы только в самом начале пути, и нам многому надо ещё научиться.

– Как-то в интернете я наткнулся на статью с заголовком «Учёные МИЭТа разработают память будущего». В ней рассказывается, как под вашим руководством одна из научных групп Института перспективных материалов и технологий разрабатывает оптическую память нового поколения. Можете рассказать подробнее, почему устройства на основе фазовой памяти лучше нынешних флеш-носителей информации?

– В рамках практики мне было поручено исследовать халькогенидные полупроводники и рассмотреть возможность их применения для электрических запоминающих устройств. Особенность этих полупроводников заключается в том, что они могут достаточно быстро и обратимо изменять своё фазовое состояние между аморфным (неупорядоченным) и кристаллическим (упорядоченным).

Можно привести такую метафору к описанию изменений в результате перехода между данными состояниями. Представь: ты едешь на автомобиле по дороге, вдоль которой стоят фонарные столбы. Если столбы стоят упорядоченно, равномерно, ты можешь передвигаться с высокой скоростью и преодолевать достаточно большие расстояния по прямой. Но если эти столбы перемешать, расставить хаотично, то тебе придётся их объезжать, путь будет сложнее, а скорость – меньше. Теперь расстояние от поворота до поворота будем считать длиной свободного пробега, машину – носителем заряда, а столбы – атомами. 

Становится понятно, что в кристаллическом материале электрону двигаться проще: дрейфовая скорость движения будет выше, а сопротивление – меньше. Если же мы атомы материала разупорядочим, то, наоборот, сопротивление станет выше. За счёт этого изменения структуры, которое можно реализовать в халькогенидных материалах с помощью электрического тока либо лазерного излучения, у нас есть возможность варьировать величину удельного сопротивления, а также и другие параметры, например, оптические свойства. И если значениям высокого сопротивления мы поставим в соответствие ноль, а низкого – единицу, то получим электрический элемент памяти, называющийся фазовой памятью. А если за изменяемый параметр примем оптическое пропускание излучения, проходящего через тонкоплёночный волновод, то мы получим интегральную оптическую фазовую память. 

Первый эксперимент, связанный с этой темой, мы проводили в МИЭТе и Институте общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова Российской академии наук. Эксперимент заключался в получении плёнок халькогенидного материала и реализации их фазового переключения электрическим импульсом. Проблем было много: плёнки наносились плохо, имелись кристаллические включения, распределение элементного состава получаемых плёнок было далеко от равномерного, прецизионно подводить зонд к плёнке и реализовывать электрическую схему для переключения также не получалось.

В результате целый год мы терпели неудачи. Как сейчас помню: уже темно, часов десять-одиннадцать вечера, и вдруг у нас получилось реализовать фазовое переключение – на экране осциллографа видна ступенька. А время переключения между фазовыми состояниями составило всего 100 наносекунд, что более чем на два порядка меньше времени переключения при работе флеш-карт. Это означало, что технология работает и мы двигаемся в верном направлении. Помню, какая буря эмоций меня охватила в тот момент. Хороший был вечер.

Кроме того, можно выделить много других достоинств помимо значительного увеличения скорости работы устройств при переходе от флэш-памяти к фазовой памяти. В этом году у нас с коллегами из ИОНХ РАН и МЭИ вышел большой обзор «Материалы фазовой памяти и их применение» в самом цитируемом отечественном научном журнале «Успехи Химии» (Q1,  импакт фактор 7,4), издаваемом на русском и английском языках. В данном обзоре подробно описаны значимые результаты учёных, достигнутые по данному направлению.

Сотрудники лаборатории совместно с коллегами из НПК «Технологический Центр»

– Порой сложно найти то, что было бы интересно именно тебе. Расскажите, пожалуйста, о своём студенческом опыте выбора научного направления.

– Очень важно найти то дело, которым было бы интересно заниматься, и найти человека, который сможет тебя направить – научного руководителя. На мой взгляд, научный руководитель должен обладать уникальным набором черт характера. Он должен обладать качествами и знаниями, которые позволят тебе двигаться вперёд. Руководитель даёт тебе вектор, направляет. 

На старших курсах я сменил несколько мест практики в поисках того, что будет меня увлекать сильнее всего. Итоговым местом моей практики оказалась лаборатория Неупорядоченных полупроводников Института ПМТ, а руководителем – профессор Алексей Анатольевич Шерченков. Именно благодаря ему я попал в Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН, где понял, что наука – это не то, что локализовано в рамках одной научной группы или лаборатории. Она намного шире, а студент-практикант для науки является одной из основных составляющих.

На практике первым, что мне поручили, была работа с научной литературой. Затем были эксперименты, неудачи, опять эксперименты, опять неудачи, и после множества попыток появились хоть какие-то результаты. А уже дальше начались поездки и проведение невероятно увлекательных экспериментов. 

Уже через пару месяцев после начала проведения исследований состоялась моя первая командировка в Санкт-Петербург, где я представлял стендовый доклад на конференции по теме аморфных и некристаллических полупроводников. Там мне удалось познакомиться с учёными из разных уголков России, и там же пришло понимание, что наука находится вне географических границ и расстояний. Далее эксперименты проводились не только в Москве, но и в Рязани, Нижнем Новгороде, Санкт-Петербурге, Владивостоке, Казахстане, Чехии, Франции, Белоруссии, Германии и во многих других местах. Задача оказалась глобальной, и мне было интересно ей заниматься.

Применение фазовых переходов и лазерных импульсов фемтосекундной длительности для формирования перестраиваемых дифракционных элементов

Сейчас мы занимаемся не менее интересными темами. Это лазерные технологии, фотонные интегральные схемы, солнечная энергетика, элементы дополненной реальности, и, конечно, фундаментальные исследования материалов, выполняемые в том числе на установках класса Мега-сайенс, расположенных в различных уголках нашей планеты. И если говорить про студентов, то мы всегда готовы взять их к себе на практику в лабораторию, если у них есть желание заниматься наукой и понимание, что наше направление им интересно. Однако, чтобы понять, что направление интересно и понять, кто и чем занимается, нужно проявить немного любознательности. Я обычно советую так: походите по лабораториям, зайдите на кафедру, спросите, какие лаборатории вам могли бы порекомендовать, попросите совета. В МИЭТе много сильных научных групп и, если вы постучите в любую дверь МИЭТа и скажете: «Извините, я читал или слышал о вашей лаборатории, вашем направлении, и мне стало очень интересно. С кем я мог бы пообщаться на тему работы лаборатории или по поводу практики?» – вам всегда расскажут, покажут, помогут. И делать это желательно значительно раньше момента начала официальной практики, второй курс, на мой взгляд, уже подходящее время. Согласитесь, что учиться будет значительно интереснее, если получаемые вами в университете знания вы сможете сразу применять при решении практических задач.

Эксперимент по электрическому подключению, проводимый сотрудником лаборатории

Каждый студент – искатель. Никто точно не скажет вам, кем вы станете, куда свернёте, поэтому важно извлекать опыт из историй тех, кто уже прошёл путь от абитуриента до того места, той должности, той позиции, к которой вы тоже стремитесь. Надеемся, что опыт и советы Петра Ивановича окажутся вам полезны в дальнейшем обучении.

Антон Белокопытов