Таким образом были отмечены работы Александра в области перовскитной нанофотоники. Всего стипендии получили четыре аспиранта и шесть молодых ученых России. Лауреат рассказал ITMO.NEWS о стипендии, исследования и о том, за что любит профессию ученого.

Александр Берестенников. Фото из личного архива

Недавно стало известно о том, что вы вошли в число получателей премии имени нобелевского лауреата Жореса Алферова. В конкурсе могли участвовать аспиранты и молодые ученые ― всего было подано более 350 заявок. О чем вы писали в своей?

В заявке на эту стипендию ты указываешь все свои достижения, все свои статьи за всё время обучения, также учитывается участие в различных конференциях, насколько твоя работа известна в мире. Отдельно указываешь, в каких научно-популярных изданиях, журналах, газетах, рассказали про твою работу. К примеру, про одну из наших работ написали в N+1. Также на других научных порталах были упоминания.

У меня было ощущение, что шанс выиграть есть, ведь благодаря моему научному руководителю Сергею Владимировичу Макарову, его поддержке, а также всей замечательной команде Perolab у нас вышло много хороших статей за годы моего обучения в аспирантуре.

Сергей Макаров

То есть стипендия не стала для вас неожиданностью?

Это было очень неожиданно. Да, я понимал, что у меня много статей, есть достижения, но я знал, что будет много заявок, а процент выигравших как правило небольшой. Я подался в июне и забыл. Узнал о победе на прошлой неделе и очень обрадовался ― это было неожиданно и приятно. А когда узнал, что отобрали всего десять лауреатов, это был почти шок, я не мог поверить, что попал в такой маленький процент победителей.

Первым меня поздравил мой научный руководитель, которому я очень благодарен за терпение и помощь. В целом эта награда не полностью моя заслуга, мне удалось победить только благодаря работе всей лаборатории.

Насколько я понимаю, стипендия имени Алферова для вас вдвойне особенная?

Да, я учился в магистратуре в Академическом университете, который основал Жорес Иванович Алферов, на кафедре физики и технологии наногетероструктур. В бакалавриате также, хотя я учился в Политехе, большая часть занятий у нас проходила в Академическом университете, так что это моя Alma Mater.

А вы встречались с самим Жоресом Ивановичем?

Да. В то время, когда я учился в бакалавриате и магистратуре, он устраивал ежегодные лекции, на которых рассказывал про достижения советской и российской науки, про создание лазеров на гетеропереходах, про историю Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе и советской ядерной программы. Было интересно узнать, как исторически это все развивалось.

Александр Берестенников (в центре). Фото из личного архива

Зачем нужны «наноблинчики» из перовскита

Какие исследования вы вели за последнее время?

В основном я сейчас занимаюсь перовскитной нанофотоникой и оптоэлектроникой. В данный момент я изучаю топологические эффекты в различных перовскитных наноструктурах. Также у меня есть статьи о нелокальности экситонов в перовскитных наночастицах (совместная работа с Городским университетом Гонконга, группа профессора Андрея Рогача) и про перовскитные микродисковые лазеры.

Расскажите, пожалуйста, подробнее о значении этих исследований.

Как я уже сказал, я работаю с топологическими эффектами в перовскитных наноструктурах. В обычных наноструктурах, волноводах всегда есть какие-то дефекты, они не идеальны. Это приводит к тому, что в таких фотонных структурах возникают оптические потери за счет рассеяния и отражения на углах, изгибах, дефектах. А если мы создаем особый метаматериал ― топологический изолятор, то в нем можно добиться того, чтобы не было этого рассеяния и затухания волн.

Другим интересным свойством таких структур является наличие мод различной размерности. Объединяя топологичекие изоляторы с перовскитами, которые обладают замечательными оптическими свойствами, мы сможем делать высокоэффективные светоизлучающие устройства, например, лазеры.

Раньше я занимался моделированием микродисковых перовскитных лазеров. Это тоже очень перспективная технология.

Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники

А в чем ее перспективы?

Какой сейчас вопрос стоит перед производителями процессоров? Наши компьютеры достигают предела в расчетных мощностях, все сложнее уменьшать размеры транзисторов и увеличивать частоту их работы. Поэтому все хотят перейти на оптические компьютеры и микросхемы, потому что скорость передачи и обработки информации резко вырастет.

Для создания этих оптических чипов в том числе необходимы наноразмерные источники когерентного излучения. Сделать их на кремнии не получится, потому что эффективность излучения фотонов в нем крайне низкая. Больших успехов добились в создании оптических устройств на основе арсенида галлия. Этот материал обладает хорошими оптическими характеристиками, из него можно делать солнечные элементы, светодиоды, и есть много работ о создании наноразмерных микродисковых лазеров. Это такие «блинчики», говоря простым языком, диаметром в несколько микрон и толщиной несколько сотен нанометров. Глазом их увидеть нельзя, они в сто раз меньше толщины волоса.

Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники

Однако и тут есть проблема ― аресенид-галлиевые наноструктуры очень дорогие, для их создания нужно очень сложное и дорогое оборудование. А всем хочется дешевых структур ― и вот пришли галогенидные перовскиты. Это относительно новый класс веществ, который обладает такими же хорошими оптическими характеристиками, что и арсенид галлия. Преимуществами перовскитов является дешевизна производства с помощью методов растворной химии, а также перестраиваемость линии излучения.

В наших работах мы показали, что на основе перовскитов можно быстро создавать целые массивы микродисковых лазеров. Потенциально с помощью этих структур и топологических изоляторов возможно создание оптических микросхем.

А почему вы перешли из изучения микродисковых лазеров к топологическим состояниям?

В научной работе мы всегда ищем что-то новое, что-то интересное. Микродисковые лазеры уже хорошо известны и изучены, этому дизайну около 20 лет. В то же время топологические изоляторы и лазеры на их основе ― это новое слово в фотонике. И нам показалось, что замечательные свойства перовскитов как нельзя лучше подойдут для создания топологических лазеров. Поэтому сейчас мы и занимаемся этой темой в коллаборации с очень сильным ученым, профессором Нью-Йоркского городского университета Александром Ханикаевым.

От кружка радиолюбителей до экспериментальной физики

Александр Берестенников. Фото из личного архива

А почему вы вообще решили прийти в науку?

Еще в школе меня тянуло к физике и биологии. Мне очень нравилось собирать всякие электронные схемы, блоки питания, что-то разбирать, паять, с этого все и началось. Еще я увлекался радиосвязью ― это хобби, когда люди с помощью радиосвязи соединяются друг с другом и общаются. Это очень интересно, здесь не так, как в телефоне или в чате ― тебе надо настроиться на определенную частоту, у каждого радиолюбителя есть позывной, состоящий из пяти букв и одной цифры. Ты никогда не знаешь, с кем свяжешься в этот раз.

Всем этим я начал увлекаться в 8-9 классах и понял, что меня привлекает физика. Я решил, что буду ей учиться, стал целенаправленно выбирать для поступления петербургские вузы, даже не знаю почему, возможно, позвали мои петербургские корни. Я из Ставропольского края, большинство моих одноклассников либо остались на юге, либо приехали учиться в Москву, меня же тянуло именно в Питер, хотя я там ни разу не был. В результате поступил в Политех на физико-технический факультет.

На чем вы специализировались в бакалавриате?

Распределение у нас было на третьем курсе: одна группа шла на астрофизику, другая на физику плазмы, была еще группа, которая будет изучать нанотехнологии. И тогда я понял, что астрофизика и плазма ― это, конечно, интересно, но мне нравится, когда я могу что-то потрогать: структуру, микросхему, лазер. Поэтому пошел в группу нанотехнологий.

Нам устраивали экскурсии по лабораториям Физико-технического института и Академического университета, чтобы мы выбрали, в какой лаборатории будем проходить практику. Мне показалась интересной лаборатория органической электроники. Ею заведует Андрей Николаевич Алешин.

Смартфоны с гибким дисплеем. Источник: shutterstock.com

Мне понравилось это направление. Раньше в электронике использовали только классические твердые кристаллические вещества ― кремний, арсенид галлия. А затем люди открыли, что для этого можно использовать полимеры, что позволяет создавать гибкие структуры. К примеру, гибкие дисплеи в телефонах и телевизорах стали возможны именно благодаря этому. В этой лаборатории я проработал три года, мы занимались созданием гибких устройств памяти на основе таких полимеров и частиц графена. Наши устройства можно было гнуть, при этом они не зависели от внешнего питания. Такая гибкая флешка получается.

Потом я узнал, что в ИТМО был выигран мегагрант на создание новой лаборатории с нуля, которая должна была заняться перовскитной нанофотоникой и оптоэлектрникой. На тот момент я уже знал о перовскитах, об их перспективах, поэтому и решил пойти в аспирантуру в Университет ИТМО, в лабораторию гибридной нанофотоники и оптоэлектроники к Сергею Макарову. Это незабываемое впечатление, когда ты видишь, что в лаборатории еще нет ничего, и со временем она обрастает оборудованием.

А что вам больше всего нравится в работе ученого?

Исследовать что-то новое, то, чего еще люди не видели и не знают. Ты можешь использовать свои знания для создания невероятных структур. Ты видишь топологические состояния, как они светятся. Ты видишь, как это красиво, понимаешь, что ты это сделал.

А как выглядит день физика-экспериментатора?

В нашей лаборатории ты можешь сам выбирать, чем тебе заниматься. В один день я могу сначала что-то считать, создавать компьютерную модель структуры, определять моды внутри этой структуры, искать выгодные параметры. Затем партнеры создают по этим расчетам структуру.

К примеру, когда я был в командировке у наших партнеров в Нью-Йорке, были рассчитаны и созданы кремниевые топологические наноструктуры. Я вернулся с ними в Россию и занимался изучением их оптических свойств. Эксперимент проходит в специальной комнате в подвале с оптическими столами, на которых стоит много сложного оборудования ― лазеры, спектрометры, криостат. И обычно ты находишься по многу часов в темной комнате.

В чем отличия итальянской науки

Римский Университет Tor Vergata. Источник: en.uniroma2.it

Насколько я знаю, ваша работа связана не только с США. Вы также посещали Италию?

Да, я учусь по программе двойной аспирантуры в ИТМО и Римском университете Tor Vergata. В Италии я больше занимаюсь моделированием светодиодов, солнечных элементов.

Чем отличаются итальянский университет от российского?

Ну, например, у нас обучение в аспирантуре 4 года, у них три. Мы в течение двух лет слушаем лекции, участвуем в семинарах и должны постепенно сдавать экзамены: философию, английский, специальность. Там проще ― можно за первый семестр сдать сразу все экзамены. Хотя на самом деле программы похожи.

Что мне понравилось ― по пятницам они устраивают в офисе совместные обеды с пиццей, все сотрудники собираются, покупают кучу пиццы, обедают и бурно что-то обсуждают на итальянском, они вообще любят бурно что-то обсуждать (смеется) и обязательно пить кофе эспрессо.

Александр Берестенников на выступлении в хоре Политехнического университета «Полигимния». Фото из личного архива

А чем вы увлекаетесь кроме науки?

Когда я учился в бакалавриате и магистратуре и было больше времени, то я ходил в хор Политехнического университета «Полигимния». Мне всегда нравилась музыка, я любил петь, играть на музыкальных инструментах. Хору я очень благодарен ― это спасало от будней, мы даже путешествовали. Я был в Германии, у нас был тур по немецким городам ― Тюбинген, Штутгарт, Мюнхен. Мы там выступали на различных площадках, в церквях, было интересно познакомится с их культурой. Это была моя первая зарубежная поездка. В аспирантуре не очень хватает времени на все, но я стараюсь заниматься спортом, бегаю, катаюсь на велосипеде.

Еще у меня есть гитара, я периодически на ней играю. Иногда я хочу вернуться в хор, и, возможно, когда-нибудь это удастся.

Вы ставите перед собой какую-то большую цель?

Как говорит наш декан Павел Белов, надо ставить реальные цели, и реальная цель, к примеру, стать профессором. Посмотрим где, может быть, где-то за рубежом или у нас в России, например, в ИТМО. Мне нравится наша лаборатория, я видел другие, в том числе зарубежные, лаборатории и наша одна из лучших. Зарубежный опыт полезен, ты видишь, как работают в других странах, научных группах. Это очень помогает карьере молодого ученого.

Константин Крылов

Журналист