Нанолазеры и биосенсоры

Лаборатория нанооптики и плазмоники МФТИ

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