В мире науки есть люди, которые видят невидимое, ежедневно погружаются в загадки материи, исследуют тончайшие структуры на уровне атомов и знают всё о том, как законы физики проявляются в нашей жизни. Одного из таких учёных вы легко можете встретить в МИЭТе по пути на пару или непосредственно на ней. Знакомьтесь, Александр Приходько, старший научный сотрудник лаборатории электронной микроскопии, а также доцент Института физики и прикладной математики НИУ МИЭТ.
— Александр, в чём суть вашей работы? Расскажите немного об области ваших научных интересов.
Если говорить о моей академической деятельности, то она в основном заключается в исследовании атомарного строения материалов и наноструктур с применением метода просвечивающей электронной микроскопии. Если коротко, занимаюсь материаловедением: одни учёные создают новые структуры и материалы, а другие, такие как я, исследуют их, находят закономерности их формирования на различных подложках. Такие исследования необходимы не только с фундаментальной точки зрения, но и для практического применения, так как результаты изучения различных наноструктур важны для их потенциального интегрирования в технологический процесс.
Тематика, в которой я развиваюсь в настоящее время — это двумерные (2D) материалы. Известно, что материалы этого класса имеют слоистую структуру. В пределах отдельного слоя атомы связаны «жёсткими» ковалентными связями, а между собой слои связаны слабыми межмолекулярными связями Ван-дер-Ваальса. Не так давно нам с коллегами из Германии удалось вырастить пленку двумерного теллурида галия с высоким структурным совершенством на подложке. Применение такого материала в электронике позволит разработать новые фотодетекторы, элементы для солнечной энергетики, элементы для дисплеев нового поколения.
— Как много времени уходит на то, чтобы исследовать новый материал и понять все закономерности, связанные с ним?
Время, которое затрачивается на изучение структуры того или иного материала определяется, конечно, самим материалом и степенью подробности вашего исследования. Зачастую заказчикам требуется быстрый анализ изготовленной структуры, и в этом случае в среднем требуется около 3-4 дней. С другой стороны, если вы решаете научно-исследовательскую задачу, то затрачиваемое время резко увеличивается. В качестве примера у меня в голове вспоминается моя кандидатская диссертация, которая была посвящена углеродным материалам. Известно, что есть, так скажем, «углерод для богатых» – это алмаз, а есть «углерод для бедных» – это различного рода пиролитические углеродные материалы. Как раз последними я и занимался. В рамках этой работы мне нужно было строить физически обоснованные атомистические модели этих материалов, моделировать от них электронно-микроскопические изображения и сравнивать их с экспериментальными данными и тд. Трудность электронно-микроскопических исследований заключается в том, что поскольку речь идёт о взаимодействии электронов с атомами образца, то интерпретация изображений на основе интуиции в данном случае не всегда оправдана. Для интерпретации изображений необходимо проводить их моделирование исходя из квантово-механического описания взаимодействия быстрых электронов с атомами исследуемого объекта. В общем, довольно трудоемкая задача, которая заняла у меня примерно 6 лет. Так что если резюмировать, то временной диапазон, который может быть затрачен на исследования, достаточно широкий.
— Исследования, которые вы проводите, актуальны для компаний электронной промышленности «здесь и сейчас», или вы скорее работаете на перспективу?
Если кратко ответить на этот вопрос, то оба утверждения верны. С практической точки зрения мы фактически выстраиваем «мост» от научного знания к созданию и оттачиванию какой-либо технологии. Например, где-то на заводе проходит отладка производства транзисторов. Предприятие должно чётко показать, что у него действительно выполняются все технологические нормы, и сделать паспорт технологии, подтверждающий, что она воспроизводит все необходимые характеристики. Как это доказать? На 100% — только с помощью методов электронной микроскопии, которая позволяет увидеть все необходимые элементы полупроводниковой структуры.
Для фундаментальных исследований относительно недавно нам с коллегами из Научно-исследовательской лаборатории сверхпроводниковой микроэлектроники, которая, кстати, находится в нашем университете, удалось найти оптимальные параметры роста перспективных для спинтроники монокристаллических пленок сплава Гейслера на подложке MgO.
— Можно ли как-то кратко описать принцип работы электронного микроскопа, который есть в вашей НИЛ?
Принцип работы просвечивающего электронного микроскопа основан на использовании электронов вместо света для получения изображений структуры объекта на атомарном уровне. В отличие от оптических микроскопов, электронный микроскоп использует поток электронов, которые ускоряются в вакууме и направляются на образец. При этом образец должен быть достаточно тонким, чтобы электроны могли его просвечивать. Стоит отметить, что подготовка таких образцов – это если не искусство, то высокопрофессиональное ремесло, требующее серьёзных навыков и терпения.
Электроны взаимодействуют с атомами образца, формируя дифракционную картину объекта, его изображение и различные сигналы, такие как характеристическое рентгеновское излучение. Кстати, последнее используется для анализа химического состава исследуемого объекта.
Просвечивающие электронные микроскопы во многом являются незаменимыми инструментами в современных нанотехнологиях. Используя разнообразные методики, исследователи имеют возможность получать информацию о внутренней структуре образца, его химическом составе и даже наблюдать динамические процессы в реальном времени.
— Звучит, как и всё фундаментальное, сложно. Для вас наука — это по любви?
— Мне кажется, важно заниматься делом, которое приносит удовольствие. Очевидно, что у меня тоже есть разные хобби и занятия вне работы, которые радуют и доставляют удовольствие: спорт, встречи с друзьями и родными и так далее. Вместе с тем я не говорю сам себе перед началом каждого рабочего дня: «Ух, сейчас приду и все атомы посчитаю, буду смотреть 3 часа в микроскоп». Но в целом да, эта деятельность приносит удовольствие. В ней есть некоторый философский момент: ты понимаешь, как вообще всё устроено, как законы физики проявляются в жизни, что весь мир состоит из атомов – в каком-то смысле он дискретен, а ты изучаешь, как эти мельчайшие объекты ведут себя в тех или иных условиях. Следующий момент: приятно осознавать, что ты можешь построить какую-то математическую модель, найти лучшее физически обоснованное решение и получить результат, совпадающий с экспериментом, найти какую-то особенность и определить — случайность это или закономерность. Всё это вместе греет душу. Разумеется, в рамках работы должна быть перспектива для развития: новые темы и вызовы. Так или иначе ты должен находиться всё время в движении и развиваться. Так что можно сказать, что «Да, это по любви, но, конечно, любовь должна быть взаимна, иначе – это страдание».
— А если про «суровую» реальность: что нужно знать тем, кто планирует стать частью научного коллектива и заниматься исследовательской работой?
Прежде всего ребятам, которые для себя примут решение поработать в академической среде, нужно быть готовым к упорному, ежедневному труду и погружению в тематику исследования на профессиональном уровне. В этом смысле я не сторонник фразы «занимайся тем, что ты любишь», потому что в этом случае человек будет просто любителем. Несомненно, научная деятельность должна приносить удовольствие, но нужно быть готовым делать какие-то «мелочи», которые делать не хочется и подходить к этому профессионально, начиная от получения результатов исследования, заканчивая их оформлением в виде рисунков, графиков и пр.
И, конечно, нужно быть готовым, что не каждое исследование или эксперимент дадут желанный результат. И это абсолютно нормально. То, о чём мы как правило с придыханием и горящими глазами говорим — это результат удачных попыток, но мы совсем не говорим о том, как много раз мы терпели на этом пути неудачи, ведь никому не интересно, как ты страдал.
— Что бы вы пожелали студентам, которые только выбирают свою карьерную траекторию?
Прежде всего, я всегда говорю студентам: «Вы уже здесь, в вузе, который является хорошим и крепким университетом. Посвятите себе время. Важна вам сейчас оценка или не важна — получите хорошую, а потом говорите, что она не имеет значения. Сделайте всё возможное, чтобы получить хороший результат». Следующий момент — необходимо иметь определённое любопытство. Нужно всегда задавать вопросы, точнее формулировать их. Детское любопытство – это важно. В глазах должен быть огонь, человек должен чего-то хотеть, о чём-то мечтать. Пусть это бесконечно далеко, но мечтать надо.
Помню, когда после школы на первых курсах университета я открывал книги по матанализу или физике, то думал, что понять это невозможно. Но постепенно погружаешься в предмет и не сдаёшься, даже если что-то непонятно или приходится поначалу зазубривать. Потом, возвращаясь к этому спустя время, осознаёшь: «А, вот оно что! Мне это уже знакомо». Ты погружаешь себя в среду, которая сначала кажется неудобной и непривлекательной, но постепенно начинаешь разбираться, пробиваться через эти книги. Желательно, чтобы это случилось до начала сессии, в этом смысле мне повезло, и все эти трудные предметы удалось успешно сдать на хорошие оценки.
И, конечно, я говорю: «самое главное — не бояться и не стесняться. Если вы что-то не поняли — спросите». Некоторые ребята на парах очень стесняются спрашивать, переживают показать, что они чего-то не понимают. Я к этому отношусь спокойно и до начала сессии готов отвечать на всевозможные вопросы студентов. Если вас цепляет какая-то тема, найдите кто и где этим занимается, начинайте курса с третьего общаться с экспертами в интересующей вас области, задавать им вопросы. В общем, ко всему нужно подходить комплексно.
Оксана Павлова
Фото: Анастасия Кривенцева