Научная
деятельность
Университет ИТМО

Студент физфака МГУ — о том, зачем работать в разных лабораториях и какой опыт можно получить на стажировке в Университете ИТМО

Студент третьего курса физического факультета МГУ Александр Чежегов в прошлом году принял участие в олимпиаде «Я — профессионал» и поработал над проектом на зимней школе олимпиады «Тебе решать!» в Университете ИТМО. Вместе с командой он разработал проект по созданию гидрофобного покрытия для солнечных батарей, а в результате решил не останавливаться на достигнутом и посвятить научным исследованиям еще целый месяц каникул. На протяжении июля он проходил стажировку в Международном научно-исследовательском центре нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО и вместе с сотрудниками центра работал над исследованиями в рамках мегагранта, посвященного исследованию гибридных состояний света в веществе в низкоразмерных квантовых материалах. Они могут найти применение, в частности, при реализации оптической передачи информации и оптических вычислений. О полученном опыте и о том, зачем иногда стоит поработать в разных научных группах, он рассказал ITMO.NEWS.

Со второго курса Александр Чежегов занимается наукой. Помимо учебы на физическом факультете Московского государственного университета он работает в лаборатории нанооптики и метаматериалов МГУ, где занимается исследованиями в области плазмоники, в частности изучением магнитоплазмонных кристаллов — наноструктурированных поверхностей покрытых пленкой магнитных металлов. Ученые лаборатории работают над созданием на их базе высокочувствительного сенсора магнитного поля. Исследователи уже создали прототип такого сенсора и продемонстрировали, что теоретически с помощью данной методики можно достичь чувствительности, близкой к порогу снятия магнитокардиограммы.

В прошлом году студент решил принять участие в треке «Фотоника» Всероссийской студенческой олимпиады «Я — профессионал», а в конце января приехал в Университет ИТМО на зимнюю школу «Тебе решать!». Во время школы молодой ученый не только посещал лекции спикеров, но и принял участие в ПолуХакатоне, в рамках которого студенты со всей России объединялись в междисциплинарные команды и работали над собственными проектами.

«В рамках “ПолуХакатона” нам дали задачу по наноматериалам. Сначала мы планировали работать над трехмерным дисплеем, но потом поняли, что у нас получится не все, что мы хотели бы. В результате мы решили сделать супергидрофобное покрытие солнечных батарей. Этой темой я немного занимался в прошлом и продолжаю заниматься сейчас. Действие покрытия можно объяснить на примере лотоса: представьте лист лотоса, он обладает супегидрофобным эффектом. Если на него капнуть водой, то на поверхности листа образуется капля, которая при этом не впитается и не расплывется по поверхности, — рассказывает Александр. Разработка таких покрытий нужна для того, чтобы солнечные батареи (кроме того, что ученые, безусловно, работают над задачей увеличения их КПД) легко можно было очищать от грязи».

Участники зимней школы "Тебе решать!" в Университете ИТМО
Участники зимней школы "Тебе решать!" в Университете ИТМО

На обучении в школе студент МГУ обзавелся и новыми контактами. Например, он познакомился с сотрудниками физико-технического факультета Университета ИТМО, а уже после завершения школы решил воспользоваться предложением и приехать на стажировку в Петербург летом. В результате Александр проработал в международном научно-исследовательском центре нанофотоники и метаматериалов целый месяц.

Как строилась работа в Университете ИТМО

В Университете ИТМО Александр работал под руководством аспиранта вуза, сотрудника Научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов Фёдора Бенимецкого. Сейчас сотрудники лаборатории ведут работу в рамках мегагранта, посвященного исследованию гибридных состояний света в веществе в низкоразмерных квантовых материалах, которые могут найти применение при реализации оптической передачи информации и оптических вычислений. Руководителями исследования выступают профессор Морис Сколник из Университета Шеффилда и Иван Шелых, руководитель лаборатории «Низкоразмерные квантовые материалы» Университета ИТМО.

В задачи проекта входит в том числе разработка новых сверхбыстрых низкоэнергетических интегральных поляритонных устройств. Накануне в рамках работы по мегагранту международной группе исследователей уже удалось, в частности, получить аналог кристаллической решетки твердого тела из гибридных фотон-электронных квазичастиц — поляритонов.  В созданной поляритонной решетке ученые смогли реализовать состояния, при которых энергия частицы не зависит от скорости. При этом геометрию решетки, концентрацию частиц и поляризационные свойства можно регулировать (результаты опубликованы в Physical Review Letters). Подробнее о целях и задачах мегагранта читайте в материале ITMO.NEWS.

«Прежде всего мы занимаемся фундаментальной наукой. Если говорить о практическом применении, то результатом работы нашей лаборатории может стать разработка новых устройств, которые по сравнению с классическими электронными устройствами будут обладать лучшей энергоэффективностью и быстродействием. В рамках мегагранта одной из наших задач является исследование экситон-поляритонов в дихалькогенидах переходных металлов в режиме сильной связи с собственными модами оптических метаповерхностей. Вместе с нами Александр поучаствовал в измерении спектров отражения фотонных структур. Исследуемые структуры интересны тем, что в них поддерживаются высокодобротные оптические моды, информацию о дисперсии которых мы смогли получить из измеренных спектров. Также он попробовал себя в фабрикации двумерных материалов — монослоев диселенида молибдена и графена, — комментирует Фёдор Бенимецкий. — Мне кажется, что такие стажировки полезны для студентов, потому что, когда ты довольно долго работаешь в одной группе над одной темой, глаз замыливается и хорошо бы периодически менять обстановку и смотреть, кто чем занимается вокруг, для расширения кругозора»

Александр Чежегов и Фёдор Бенимецкий (справа)
Александр Чежегов и Фёдор Бенимецкий (справа)

Александр Чежегов добавляет, что во время стажировки обладал полной свободой действий. По сути, он просто примкнул к научной группе и работал в темпе ее постоянных участников. Работа в лаборатории начиналась утром и могла закончиться иногда и поздно вечером — все зависело от конкретных задач, над которыми работали ученые. 

«Мне удалось посмотреть, как делаются монослои дихалькогенидов переходных металлов, это двумерные пленки, толщиной практически в один слой атомов. Они изготавливаются с помощью метода механического отшелушивания, так же, как и графен. На данный момент мы исследовали монослои MoSe2. Полученный монослой переносится на заготовленный образец, состоящий из оксида кремния, поверх которого находится напыленный слой Ta2O5 в котором протравлена периодическая структура (решетка). В результате получается “нанопирог” из разных материалов и с самым верхним монослоем. Далее нашей задачей являлось подобрать такую геометрию решетки, чтобы можно было пронаблюдать сильную связь экситона и фотона в полученных образцах. Для этого использовались микроскопия задней фокальной плоскости и методы оптической спектроскопии. Для улучшения наблюдения спектров, измерения проводились при низких температурах, порядка 6-7К», — рассказывает Александр Чежегов.

Кроме того, во время стажировки он успел побывать в Санкт-Петербургском Академическом Университете, с которым сотрудничает Университет ИТМО. Здесь студент познакомился с исследованиями сотрудников центра, особенностью нанесения фоторезистов, а также несколькими новыми методами, которые в будущем он планирует применять и в лаборатории в МГУ.

«В Университете ИТМО я также научился работать с криостатом, с низкими температурами, с этим мы также пока не работаем в нашей лаборатории, — добавляет Александр. — Кроме того, мне понравилась атмосфера в лаборатории, здесь очень молодой, энергичный коллектив. Сотрудники очень дружны и постоянно проводятся групп-митинги, что, на мой взгляд, является хорошей практикой»

Перспективы

В лаборатории нанооптики и метаматериалов физического факультета МГУ. Источник: www.msu.ru
В лаборатории нанооптики и метаматериалов физического факультета МГУ. Источник: www.msu.ru

Вернувшись в МГУ, Александр прочитает семинар о проделанной работе. Если исследования и их результаты заинтересуют коллег, то он собирается продолжить работу в рамках начатого направления. В целом же в дальнейшем студент планирует продолжать заниматься наукой и поступать в магистратуру, а затем и в аспирантуру. Правда, какое конкретно направление выбрать — фундаментальные исследования или прикладные аспекты — пока не решил.

«Здесь, в Университете ИТМО я в большей степени работал в области фундаментальной науки, у себя в Москве я больше работаю с прикладными исследованиями. Сейчас интересно заниматься как первым, так и вторым, поэтому какой аспект выбрать в дальнейшем — я пока для себя точно не определил. Но в целом мне хотелось бы, чтобы наука всегда была тесно связана с индустрией. Сейчас индустрия не очень заинтересована в фундаментальных исследованиях. Хотелось бы, чтобы в будущем ситуация менялась», — говорит он.