Первокурсники факультета физики посетили базовые кафедры в Черноголовке

© Екатерина Орешкина/ Высшая школа экономики

Можно ли совмещать науку и технологии? Как выглядят современные исследовательские лаборатории? Что изучают физики-теоретики? В этих вопросах разбирались бакалавры первого курса факультета физики НИУ ВШЭ. Студенты  побывали в Институте физики твердого тела РАН и в Институте теоретической физики им. Ландау, где расположены две базовые кафедры факультета — физики конденсированных сред и теоретической физики соответственно.

На факультете шесть базовых кафедр ведущих академических институтов физического профиля — Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау, Института физических проблем им. П.Л. Капицы, Института физики твердого тела, Института общей физики им. А.М. Прохорова, Института спектроскопии, Института космических исследований. Такая «базовая система» обеспечивает взаимосвязь образования и науки благодаря тому, что студенты с самого начала включаются в реальные научные исследования. Магистранты проводят в базовых институтах бОльшую часть своего времени, а первокурсники бакалавриата пока ездят туда на экскурсии.

Институт физики твердого тела (ИФТТ) РАН расположен в Черноголовке, это около 40 км от Москвы. В 60-х годах, когда институт только начинали возводить, подобные расстояния отпугивали многих исследователей и собрать научный коллектив было довольно сложно. Помог случай: примерно в то же время в Черноголовке начали формировать Институт теоретической физики (ИТФ) им. Л.Д. Ландау. «На нас свалилась неслыханная удача, что вся теоретическая школа Ландау, в которую входили ученые, живущие в различных городах Союза, собиралась переехать в Черноголовку», — вспоминал Юрий Осипьян, который потом станет директором Института физики твёрдого тела. ИФТТ и ИТФ расположены на расстоянии 15 минут ходьбы друг от друга. Поэтому экскурсия у первокурсников получилась сразу по двум институтам, в которых расположены базовые кафедры факультета физики НИУ ВШЭ.

Как устроен ИФТТ

«Институт физики твёрдого тела РАН с момента его основания состоит из двух частей. Первая часть — технологическая, или  материаловедческая, здесь мы занимаемся ростом полупроводниковых кристаллов, уникальными технологиями роста профилированного сапфира, выращиваем  кристаллы для детекторов оптического и гамма-излучения. Материаловедческие подразделения ИФТТ РАН также занимаются исследованием жаропрочных, жаростойких композиционных материалов, которые сейчас необходимы в авиационной и космической промышленности.  Для их создания используют электронную микроскопию, рентгеноструктурный анализ, многие другие методики», — рассказывает Эдуард Девятов, доктор физико-математических наук, профессор РАН, заместитель директора по научной работе ИФТТ РАН, профессор факультета физики НИУ ВШЭ.

Вторым равноправным направлением деятельности ИФТТ РАН является фундаментальная наука. А именно — физика низких температур, сильных магнитных полей, исследования разнообразных физических явлений в системах пониженной размерности. Можно выделить плазмонику, исследования возможностей квантовых вычислений, квантовая криптография, физика высоких давлений. В этой области в последние годы произошло открытие высокотемпературной сверхпроводимости у соединений водорода при экстремально высоких давлениях. Таким образом,  в одной организации получается совместить фундаментальную науку и технологические разработки, при этом есть живое общение между специалистами различного профиля, добавляет Эдуард Девятов.

На экскурсии бакалавры ВШЭ увидели, например, магнитный корпус ИФТТ РАН, где сосредоточены исследования в области низких температур (до 10 мК) и сильных магнитных полей (до 18 Тл). Такие условия необходимы для исследования эффектов, возникающих из фундаментальных законов квантовой механики, в частности, только при низкой температуре проявляется дискретность энергетического спектра, а введение  магнитного поля нарушает симметрию по обращению времени. Всё это создаёт специфическую ситуацию, в частности, реализуется квантовый эффект Холла, который кроме чисто фундаментального значения, уже около 20 лет используется в метрологии. 

Исследования, связанные с квантовым эффектом Холла, привели к исследованиям топологических изоляторов, что является одним из самых актуальных направлений исследований в последние 5–10 лет. Топологические изоляторы — это класс двумерных и трёхмерных систем, являющихся, вообще говоря, диэлектриками, но обладающих поверхностной проводимостью.

Принципиально, что возникновение такой проводимости определяется объёмными свойствами вещества, в частности, инверсией зон в объёме, и не зависит от конкретного устройства поверхности, наличия и силы беспорядка, примесей и т.п. Трёхмерные системы, демонстрирующие топологическую поверхностную проводимость, также синтезируются в ИФТТ РАН.

Студенты смогли увидеть, как работают лаборатории спектроскопии дефектных структур, неравновесных электронных процессов, электронной кинетики, квантового транспорта, структурных исследований, сектор элементного и структурного анализа. В каждой из них они пообщались с научными сотрудниками и задали вопросы.

Александр Ширшов

Студент

Мне очень понравился ИФТТ, потому что люди там работают руками и действительно делают интересные вещи. Мне нравятся прикладные направления, когда можно своими глазами увидеть, сделать что-то реальное. 

Александр Аронин

Доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией структурных исследований в ИФТТ, профессор факультета физики НИУ ВШЭ

Нам всегда нужны молодые сотрудники, со свежими новыми идеями. Физика  как наука очень быстро меняется, сейчас появляются такие приборы, которые позволяют нам фактически добиться разрешения меньше размера атома. Естественно подобные исследования требуют нового подхода, применяются компьютерная обработка результатов, планирование, теоретические представления. У молодых ребят мозги  устроены по-другому, они с детства знают, что такое компьютеры, как с ними работать, у них очень быстро получается добиться нужного результата. Когда я понимаю, что мы получаем изображение практически отдельных атомов, то для меня это удивительно, а  для них это становится привычным. Потрясающе! Новые специалисты очень нужны нашему институту, стране, науке в целом.

Арслан Галиуллин

Студент

В ИФТТ мне понравилось то, что он выглядит очень современно, я по-другому думал про подобные институты, в лабораториях было очень интересно, можно было всё разглядеть, задать любые вопросы. Хочется во всём этом подробнее разобраться.

Как устроен ИТФ

В Институте теоретической физики им. Ландау бакалавров встретил Игорь Колоколов, заместитель директора института, заведующий базовой кафедрой теоретической физики. ИТФ РАН был основан в 1964 году учениками Льва Ландау с целью сохранить научную школу выдающегося физика. Основная тематика научных исследований института — физика конденсированного состояния, низкоразмерные и мезоскопические системы, нелинейная динамика, квантовая теория поля, релятивистская астрофизика и космология, физика квантовых вычислений, математическая физика, вычислительная физика и сетевые исследования.

Студенты отправились в сектор квантовой теории поля. Одно из основных направлений здесь — изучение и развитие непертурбативных методов исследования разнообразных конформных теорий поля, описывающих квантовые теории поля в фиксированных точках ренормгруппового потока. Учёные рассказали о своих исследованиях студентам, ответили на вопросы по теоретической физике.

Роман Гайдаров

Студент

Мы увидели настоящих ученых, занимающихся квантовой теорией поля, познакомились с глубинами теории струн и осознали, почему наше пространство 10-мерное, а не совсем 26-мерное, как предсказывали некоторые видные деятели конца прошлого века. ИФТТ — он прекрасен, но я больше теоретик и очень впечатлен институтом теоретической физики, это потрясающий опыт, поскольку меня очень интересует теория струн: струнные модели квантовой гравитации и струнные проявления в космологии, в частности, в физике чёрных дыр. 

Наталия Журбина

Студентка

Я не могу сказать даже, где мне больше понравилось. Институты сложно сравнивать, они разные, мне пока всё интересно: и теоретическая физика и экспериментальная.

В планах факультета физики — организовать экскурсии и в другие базовые институты в этом учебном году.