Нанолазеры и биосенсоры

Лаборатория нанооптики и плазмоники МФТИ

Юрий Стебунов готовит раствор мембранных белков для тестирования чувствительности биосенсорных чипов на основе оксида графена

Лаборатория нанооптики и плазмоники МФТИ открылась в 2008 году. Здесь сделали графеновые биосенсоры, а сейчас работают над созданием нанолазеров, ищут способы ускорить компьютеры и при этом успевают заниматься популяризацией науки, снимать видеоролики о жизни лаборатории и участвовать в стендап-поединках молодых ученых.

Андрей Вышневый, научный сотрудник:

— Закончив Физтех, я попал в Институт теоретической физики им. Ландау. Исследования там были интересные, но не было условий, чтобы заниматься полноценной научной работой. Днем я подрабатывал, чтобы обеспечивать себя, а по вечерам приходил домой и садился решать задачи — наука была скорее моим хобби. Лаборатория нанооптики и плазмоники — это полноценное место работы с достойной зарплатой. При этом я четко понимаю, чем важна проблема, которую я решаю, как решение поможет людям.

Область исследований

Алексей Арсенин, заместитель заведующего лабораторией:

— Человеку, не знакомому с областью наших исследований, сложно объяснить, чем мы занимаемся. Прежде чем приступать к проблеме, мы обязательно задаем себе вопрос: «Зачем это нужно?», поэтому гораздо проще рассказать, какие задачи мы хотим решить и как наша работа изменит мир. Осознание того, что делаешь что-то важное, — лучшая мотивация, это очень помогает в работе.

Алексей Арсенин


Задача 1: создание нанолазеров

Нанолазерами называют когерентные источники оптического излучения, размеры которых составляют сотни нанометров. Существующие на сегодняшний день образцы имеют массу недостатков и не могут быть полноценно внедрены в работу. Одна из задач лаборатории — создать компактное лазерное устройство, работающее при комнатной температуре от миниатюрных источников питания. Такие компактные устройства найдут свое применение в самых разных областях, например в оптогенетике, медицине и электронике.

Задача 2: разработка однофотонных источников для защищенных линий связи

Однофотонные источники необходимы для постройки надежных каналов квантовой связи и передачи информации. С помощью такого источника, приемника и обычного оптоволокна можно будет посылать сообщения, которые невозможно незаметно перехватить. Основная задача — сделать такой источник действительно миниатюрным и работающим при комнатной температуре.

Задача 3: повышение чувствительности и миниатюризация биосенсоров с помощью графена

Биосенсоры позволяют обнаруживать малые концентрации биологически важных молекулярных объектов и исследовать их химические свойства. Недостаточно высокая чувствительность существующих биосенсоров ограничивает их применение в фармацевтике, а большие размеры не позволяют встраивать в одежду, носимую электронику и даже бытовые приборы. Задачу повышения чувствительности мы решаем с помощью химически активных слоев оксида графена, а задачу миниатюризации — использованием наноразмерных плазмонных волноводов.

Задача 4: разработка новых численных методов для задач нанооптики

Компьютерное моделирование уже давно стало основой любых физических исследований, будь то расчет гравитационных волн или проектирование антенн смартфонов. Это очень интересная область, в которой сочетаются физика, прикладная математика и программирование. В нашей лаборатории разрабатываются методы для высокоэффективных расчетов и оптимизации дифракционных решеток, светодиодов, солнечных элементов и концентраторов, а также установок фотолитографии в ультрафиолете, являющейся основой производства большинства современных электронных схем.

Лаборатория нанооптики и плазмоники входит в состав центра наноразмерной оптоэлектроники МФТИ, созданного в 2015 году. В рамках этого центра открываются новые лаборатории, которые занимаются смежными проблемами. Так, в этом году была организована лаборатория оптоэлектроники двумерных материалов, ее возглавил Дмитрий Свинцов, несколько лет до этого проработавший в лаборатории нанооптики и плазмоники. Наработок, накопившихся за время работы Дмитрия, хватило на открытие независимой лаборатории.

Популяризация науки

Ученые охотно общаются с журналистами, у лаборатории есть сайт, а также аккаунты в инстаграме, твиттере и на фейсбуке. Там сотрудники рассказывают о своих исследованиях, в основном в формате коротких видео. Здесь же можно найти и тексты исследований — в случае, если специалист решит ознакомится с ними подробнее. Как и при любой популяризации, важно сохранить тонкую грань: с одной стороны, информация должна быть понятна людям без специальной подготовки, с другой — человек, который разбирается в данной области, не должен посчитать это крамолой.

Дмитрий Федянин, сотрудник лаборатории:

— Мы — физики, а физика — наука о жизни, поэтому мы должны уметь делать абсолютно все. А так как мы хотим быть хорошими физиками, то и наукой заниматься должны хорошо и ни в коем случае не искажать истины, даже общаясь с аудиторией на простом, обывательском языке. Популяризировать науку — важно и правильно, главное — не врать, пытаясь рассказать о чем-то доступно, и балансировать между Сциллой популярности и Харибдой мракобесия.

Дмитрий Федянин возле спектроскопического эллипсометра


Сотрудники лаборатории неоднократно принимали участие в научных боях Science Slam: за 10 минут неподготовленному зрителю нужно изложить суть собственного исследования в максимально доступной форме. С учетом того что само исследование может длиться годы, задача с первого взгляда кажется неподъемной. Пока готовишься, становится ясно, что главное — объяснить результат и привязать его к бэкграунду аудитории, к уже имеющимся знаниям.

Юрий Стебунов, который занимается разработкой биосенсоров, объяснял слушателям принцип их работы на примере собачьего носа — самого чувствительного природного биосенсора, а результаты исследования иллюстрировал актуальной политической повесткой. Сам Юрий говорит о научных боях как о двустороннем процессе: публика получает новые знания, а ученый — навыки публичной речи. Это помогает и в общении с коллегами, и при взаимодействии с потенциальными инвесторами — чиновниками и бизнесменами, которые, как правило, не обладают глубокими научными познаниями.

Юрий Стебунов готовит раствор мембранных белков для тестирования чувствительности биосенсорных чипов на основе оксида графена


Коллектив

Сотрудники лаборатории нанооптики и плазмоники — одни из тех, кого называют geeks — гиками. Не теми, которые выбираются на GeekPicnic — это все-таки развлекательное мероприятие, а такими, как, скажем, Илон Маск, который, чтобы ускорить производство, на заводе Tesla спит в спальном мешке. Ученые увлечены своими исследованиями и занимаются научной работой часто в ущерб свободному времени.

Успех в большинстве открытий, сделанных в лаборатории, определила коллективная работа. Самое главное, что сотрудники лаборатории делают вместе — пишут научные статьи. Это занятие проходит в горячих обсуждениях и постоянных переговорах и консультациях — настоящая творческая работа. В результате между коллегами складываются теплые дружеские отношения, а научный руководитель часто становится добрым другом.

По образцу западных университетов в лаборатории каждую неделю проходят семинары, на которых обсуждаются последние исследования в области научных интересов лаборатории. Эти дискуссии помогают не только быть в курсе последних исследований в своей области, но и поддерживать творческую атмосферу в коллективе.

Дмитрий Свинцов, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов:

— Я теоретик. И до лаборатории нанооптики и плазмоники, в которой я раньше работал, мне казалось, что теоретик вполне может работать один, писать дома формулы на бумажке. В лаборатории нанооптики и плазмоники я научился работать в коллективе и впервые понял, насколько продуктивной может быть совместная работа.

Дмитрий Свинцов возле другого спектроскопического эллипсометра


График работы

В лаборатории нет жесткого графика, но при этом работа далеко не ограничивается восемью часами в день. Такой подход помогает избежать ненужных формальностей, создать максимально комфортные условия для каждого, а значит — добиться лучшего результата, ведь для ученых, как и для представителей всех творческих профессий, важно работать в комфортном для себя режиме.

Дмитрий Федянин:

— Если вы решили заниматься наукой и попали на свое место, в старости вы сможете сказать, что не проработали ни одного дня, — работа станет для вас удовольствием. Это идеал, к которому мы стремимся в нашей лаборатории. Конечно, нужно еще выполнять определенный объем монотонной работы. От этого никуда не деться, если хочешь достичь чего-то значимого. Вспомните хотя бы сказку про Кощея Бессмертного — нельзя просто так взять и убить Кощея: смерть его на конце иглы, игла в яйце, яйцо в утке, утка в зайце, заяц в сундуке, сундук на высоком дубе, а дуб неведомо где. Так и в науке.

Трудоустройство

Чтобы попасть на собеседование в лабораторию, напишите на почту nano@phystech.edu. Сложность собеседования зависит от уровня подготовки кандидата: для бакалавров достаточно знаний из курса общей физики — электродинамики и оптики. От аспирантов требуются знания из смежных областей: оптики, физики полупроводников и пр. Сотрудников набирают не только из МФТИ, но и других институтов физического профиля. Лаборатория нестандартно подходит к поиску коллег: размещает объявления в социальных сетях, делает рассылки по ведущим университетам, расклеивает объявления в кампусе Физтеха и даже снимает промо-ролики для будущих кандидатов.

Зарплата молодого научного сотрудника со степенью кандидата наук — 75 000 рублей. Лаборатория находится в Долгопрудном — 20 минут на электричке от метро «Тимирязевская», для желающих есть возможность поселиться в общежитии.

Фотографии предоставила пресс-служба МФТИ.
Теги:

Читать еще на Чердаке: