О том, что такое метаматериалы и для чего они нужны, кто должен получить Нобелевскую премию за первую научную статью о метаматериалах, а также о том, чего не хватает российской научной индустрии, рассказал Юрий Кившарь, профессор Австралийского национального университета и обладатель мегагранта Минобрнауки России. Справка STRF.ru:

Кившарь Юрий Семёнович, создатель и руководитель Центра нелинейной физики, заслуженный профессор Австралийского национального университета, Australian Federation Fellow. Родился в 1959 году, окончил Харьковский государственный университет, работал в Физико-техническом институте низких температур имени Б. И. Веркина в Харькове, там же защитил кандидатскую диссертацию. С 1990 года работал в научных центрах Америки, Франции, Испании и Германии. В настоящее время по совместительству руководит лабораторией метаматериалов в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), получив мегагрант от российского правительства.

Термин "метаматериал" относительно новый и непривычный. Встречаются разные определения. Вы - один из пионеров этого направления, можете дать свою дефиницию?

- Действительно, есть масса определений, и даже мы сами толком ещё не договорились, какое лучше всего. А общая идея простая: Природой (или Богом, если угодно) созданы вещества, которые состоят из атомов или молекул. Атомы - это конструкционные блоки, как в игре Lego. Если эти блоки собрать, получится вещество с определёнными свойствами. Концепция метаматериалов состоит в том, что мы искусственно строим некие маленькие "атомы" так, как нам это нужно, а далее "собираем" всю структуру.

Например, для оптических приложений, коммуникации рабочие размеры должны быть порядка 30-50 нанометров. Эти условные "атомы" гораздо меньше, чем длина волны, которая там распространяется. Поэтому волна "видит" это "вещество" как "усреднённое". Приходят волны - микроволны, радиоволны, оптические волны - они взаимодействуют со средой, которая состоит из этих искусственных "молекул", которые мы сами и создаём. Эти "молекулы" либо с электрическим, либо с магнитным резонансом. Они активно взаимодействуют через ближнее поле. То есть это сильно локализованные поля. Можно создавать разного типа материалы, которых не существует в природе: акустические материалы, упругие, для электромагнитного взаимодействия и прочие. Мы ещё сами не знаем, что можно таким образом создавать и менять.

А что такое нелинейные метаматериалы?

- В зависимости от приложенного поля в метаматериале происходят некие явления, которые непропорциональны интенсивности входного поля. Выход непропорционален входу. Этот эффект и называется нелинейностью. Например, посылаем сигнал, там с ним внутри что-то происходит, и на выходе это не просто сигнал, который увеличивается или уменьшается, а уже совсем другой сигнал. Всякие оптические переключатели построены на этой идее. Грубо говоря, увеличивая или уменьшая интенсивность сигналов, мы можем добиваться разных выходов. По-английски это свойство называется tunable - "перестраиваемые". Нелинейные - только один из вариантов такой перестройки. Природа сделала свойства материала зафиксированными. А мы хотим, чтобы его свойства менялись. Вот совсем недавно мы сделали здесь, в лаборатории ИТМО, новый искусственный магнитный материал, созданный из элементов. Элементы - это такие разрезанные колечки размером меньше сантиметра, где возбуждается ток, который возбуждает магнитный момент. Мы туда встраиваем другие элементы, которые имеют нелинейные свойства, а также элементы типа светодиодов. Созданная структура, которая состоит из этих элементов, в среднем характеризуется новыми свойствами: если мы на неё посветим простой лампочкой, каждый резонатор за счёт света поменяется, и материал изменит свои свойства.

А для чего всё это нужно - помимо удовлетворения теоретического любопытства?

- В итоге это всё надо уменьшить до размеров десятков нанометров и использовать, например, для оптического чипа. Мы ведь живём в интересное время. Развитие электроники уже замедляется. А информация передаётся оптически, по оптоволокну, и лучший вариант трудно придумать. И вот приходит сигнал, который идёт очень быстро, а потом очень долго обрабатывается на станции. Электроны - они медленные. Главная идея в том, чтобы заменить, хотя бы частично, функционирование переключателей и других различных устройств с классического электронного на оптическое. Заменить электроны на фотоны, чтобы свет не только передавал информацию, но и участвовал в её преобразовании в этих приборах. И всё это надо сделать дёшево, поменьше размером и с большей эффективностью. Все эти идеи получится реализовать с появлением оптического чипа. Это всё пока в основном умозрительно, но в разных лабораториях уже создаются оптические аналоги диодов, триодов, конденсаторов и т. п.

Откуда взялось само слово "метаматериалы"?

- Термин "метаматериал" предложил научный сотрудник Дэвида Смита, того самого, кто сделал первый метаматериал в Сан-Диего в 2001 году. Не он придумал, но он сделал. А Дэвид Шуриг, его постдок, увлекался чтением греческой мифологии и греческим языком. "Мета" значит "за пределами", за пределами естественных возможностей материалов. Слово возникло совершенно случайно, чуть ли не с обеда они шли, и Дэвид Шуриг вдруг предложил его. Так оно всем понравилось, что вошло в обиход.

А исторически похожие идеи были давно, ряд важных идей высказывал советский физик Мандельштам. На бумагу всё это положил профессор Виктор Веселаго, который сейчас живёт в Москве. Он в 1968 году опубликовал основополагающую, как теперь стало ясно, работу, но тогда это была в чистом виде научная фантастика: "Что бы было, если бы мы могли поменять знак у магнитной проницаемости..." И опубликовано это было в обзорном журнале "Успехи физических наук", что-то вроде Scientific American. Веселаго ещё жив, слава Богу, мы надеемся, что он будет заслуженно удостоен Нобелевской премии.

А потом сэр Джон Пендри придумал, как сделать магнитный резонанс. Он недавно получил рыцарское звание от королевы за свои научные работы в этой области. Сейчас мы знаем массу способов, как это сделать, но Пендри первым предложил некий вариант. А Дэвид Смит первым сделал метаматериал в своей лаборатории в 2001 году.

Потом пошли публикации, но в эти материалы долго никто не верил. Я тогда был редактором Physical Review. Несколько раз в год надо было ездить на заседания редакции. На одной конференции в США ко мне подошёл мой приятель и говорит: "Там какие-то идиоты утверждают, что индекс рефракции может быть отрицательным. Пойдём, послушаем их..." Пошли. А сейчас он сам этим очень активно занимается.

Потом этим заинтересовались американские военные. У них есть организация DARPA, которая финансирует научные разработки. DARPA заказала проверку корпорации Boeing, и те подтвердили, что всё работает. И тогда военные выделили на это большие деньги. Кстати, часть разработок уже засекречена. Первая активность была по антеннам. Потом вся эта тематика внезапно исчезла из публикаций - явно её засекретили.

Чего больше в вашей работе: теории или экспериментов?

- У нас сначала здесь, в ИТМО, совсем не было экспериментов. Потом мы построили безэховую камеру, и сейчас есть группа ребят, которая занимается экспериментами. В основном с микроволнами, не с оптикой. Здесь пока нет оптических экспериментов. Всё только начинается. Оптика - это другие люди, другое оборудование и другой уровень измерений и финансирования. Сейчас идёт закупка оптического оборудования, закупаем нанолитограф, революционного типа прибор, первый такой в России, пока его поставят, пройдёт ещё полгода. Всё развивается, к сожалению, гораздо медленнее, чем хотелось бы.

Судя по Вашей биографии, Вы, Юрий, человек динамичный: родились в СССР, учились в Харькове... Расскажите, как попали в Австралию.

- Я уехал из СССР в 1989 году, сначала на год, потом ещё на полгода. Эмигрировать не собирался, все с надеждой ждали результатов перестройки. А когда Союз развалился, понятно стало, что возвращаться некуда. Сначала я работал в Испании, потом во Франции, затем в Германии. Потом один мой знакомый был проездом в Австралии, и его спросили, кого он может порекомендовать на только что открывшуюся позицию старшего сотрудника. Он порекомендовал меня. Я послал CV, и меня пригласили. Это было в 1993 году. Моя жена - ботаник, она очень заинтересовалась, говорит, давай Австралию посмотрим, когда ещё доедем... Вот мы и доехали.

Сначала я стал частью группы, потом выиграл несколько проектов, удалось создать свою группу. С тех пор наращиваем, наращиваем... Собственно, с нуля создали довольно неплохой центр - 23 человека. Из них 12 - это аспиранты, остальные - научные сотрудники. Многие из России.

А как Вы оцениваете современную российскую научную систему?

- После приезда сюда я поменял своё мнение о России. Здесь очень много талантливых физиков. Конечно, у российской науки куча проблем. Вот три основные: во-первых, в России не говорят по-английски. Сейчас во всём мире все, кто работает в науке, говорят по-английски. Интернациональная наука - это то, что в России отсутствует. Должна быть свобода, возможность легко кого-то принимать с визитами и лекциями. Второе - отсутствие школ. Чувствуется провал. Если идёшь в институт Иоффе, там чувствуется школа. А в других местах - нет. И третья проблема - деньги. Нужны долгосрочные программы. В России нет постоянного финансирования. Мы на конкурсной основе, конечно, получаем деньги. Вот здесь, в ИТМО, мы стучим в комнату, а там стоит оборудование и пылится. Спрашиваю: а зачем вы его купили? Говорят: были деньги - и купили. А теперь денег нет, и оно пылится. Такой стохастичности в финансировании науки на Западе нет. Хотя деньги сейчас в российской науке есть. Вернее, в вузах деньги точно есть, в академических институтах хуже. Я, кстати, никого пока не сумел переманить в Австралию. Никто уже не хочет уезжать. Им здесь уже неплохо. Даже возвращаются некоторые. Ведь ребята в России очень талантливые.

Вы работали в разных странах - в Испании, Франции, Германии. Могли бы Вы сравнить научную среду?

- Очень вдумчивая научная политика в Германии. Есть институты Макса Планка, они похожи на Академию наук в СССР, но в целом система иная. Они по-другому построены, у них постоянное финансирование. Плюс много возможностей для Университетов объединяться в группы. Плюс много компаний с исследовательскими отделами, у меня немало немецких студентов пристроены в компаниях. Опять же, в Германии всегда учились дольше, лет по 6-7, правда, сейчас они переходят на Болонскую систему, это ухудшит образование. У нас в Австралию лучшие студенты приезжали из Германии.

Во Франции вроде бы тоже оказывается поддержка науке, но они поддерживают отдельные лаборатории, нет целенаправленной политики, нет аналогов институтов Макса Планка, одни университеты, и там в основном работают французы, если приезжий, надо французский учить, а в Германии берут студентов и из России, и из Франции, и из других стран, там смешанные команды, все говорят по-английски.

В Испании, конечно, уровень пониже. Но когда они к ЕС присоединились, деньги на науку стали выделяться. До этого система грантов там была просто архаическая.

Каких результатов Вы ждёте от работы в ИТМО?

- Я не вижу своей роли в том, чтобы прогнозировать результаты, хотя мы надеемся на успехи и уже обогнали в ИТМО все группы по количеству и по качеству публикаций. Важно людей научить заниматься наукой. Навыки систематических занятий наукой в России во многом потеряны. В академические институты приходишь, а они там кофе пьют. Как будто не понимают, что время конечно, что результат важен сегодня или завтра - но не послезавтра! Потому что есть такие вещи, как развитие, как приоритет. Публиковаться нужно в серьёзных журналах, чтобы тебя "видели". Надо задавать конкретные вопросы: а для чего это, что мы хотим с этого получить, как быстро мы можем получить результат, какую ценность он представляет. Вот это всё потеряно. А ведь западная наука очень соревновательная, особенно в США, у нас, в Австралии, тоже, мы постоянно чувствуем дыхание соседей. А здесь всё спокойненько, зарплата идёт - и хорошо. Нет понимания, что процесс получения знания очень конкурентный, очень целенаправленный, и всё нужно делать вовремя.

Нужна нацеленность на результат, тогда появятся и конкретные достижения, что-то создадим, но это часть общего развития науки, это невозможно прогнозировать. У нас сейчас уже есть 15 совместных публикаций, в основном теоретических. Формально мы ведь начали работу в ноябре прошлого года, а реально стали работать с начала этого года.

А в Харькове, когда Вы там учились и работали, была эта расслабленность, про которую Вы говорите?

- Абсолютно нет. Там ведь было много учёных, как говорится, "критическая масса". Кто-то, конечно, вёл себя расслабленно, кто-то более активно, но в Харькове было очень много великих учёных, там ведь Ландау преподавал, мне посчастливилось общаться с очень известными людьми, к сожалению, сейчас почти все они умерли.

А вот эта нацеленность на результат там была?

- Нет, этого не было. Ко мне это пришло позже. Но там была нацеленность на глубину, на понимание. Поскольку никто никуда не торопил, была глубина. В советской науке была глубина. Но это, опять же, связано с научными школами. К сожалению, без научной школы достичь этого трудно.

Источник: STRF