Быть ученым значит не просто ходить на работу, а любить свое занятие, делать его стилем жизни, уверен приглашенный профессор Университета ИТМО из Университета Загреба Сильвио Храбар. Он занимается исследованиями так называемых «активных» метаматериалов, с помощью которых можно снимать физические ограничения в использовании метаматериалов. Ведь сейчас найти применение этим перспективным структурам в некоторых областях очень сложно именно из-за этих ограничений. О том, как это можно исправить, что должно вдохновлять ученого и в чем плюсы объединения физиков и математиков-теоретиков для изучения метаматериалов, Сильвио Храбар рассказал в интервью порталу ITMO.NEWS.
Сильвио Храбар
Какова специфика вашей научной работы в области метаматериалов?
Метаматериалы позволяют получать устройства или структуры со свойствами, которые невозможны в естественных, природных материалах. В результате мы можем создавать очень интересные вещи, например, «плащи», состоящие из маленьких антенн, которые позволяют предмету становиться невидимым для человеческого глаза. Такие материалы можно использовать для маскировки. С помощью таких «плащей» можно оптимизировать сейсмические волны для обхода некоторой целевой области во время землетрясений и таким образом спасать города от разрушений. Однако примеров практического применения метаматериалов существует не так много из-за некоторых физических ограничений: как правило, все самые интересные свойства метаматериалов проявляются в узком диапазоне частот. А мобильная и спутниковая связь, беспроводной интернет и навигация работают в широком диапазоне частот. Этот недостаток метаматериалов известен уже много лет. Я и моя научная группа в Университете Загреба активно изучаем так называемые «активные» метаматериалы. Если вы используете «активные» устройства, то можете существенно расширить диапазон частот метаматериалов, тем самым преодолев физическое ограничение.
Что вы имеете в виду под «активными» устройствами?
«Пассивные» метаматериалы созданы только из «пассивных» составляющих, в том числе металлов и диэлектриков. «Активный» же метаматериал подразумевает наличие в его структуре некоторого источника энергии, благодаря которому можно расширить используемый диапазон частот. Эти «активные» элементы позволяют лучше контролировать свойства метаматериалов. При этом тип этих источников энергии будет зависеть от выбранного рабочего диапазона частот: это могут быть радиочастоты, микроволновые, оптические сигналы. В последнем случае источником дополнительной энергии может быть лазер, в радиочастотном диапазоне дополнительную энергию будут давать обычные батареи. Когда соответствующий метаматериал «снабжен» таким источником, его свойства меняются. Моя научная группа впервые экспериментально продемонстрировала возможность регулировать свойства метаматериалов, сейчас этой темой занимаются около 10 исследовательских коллективов по всему миру, она достаточно популярна.
Если у нас есть такой метаматериал расширенного диапазона частот, какие приложения у него могут быть?
Одна из перспективных областей применения – это создание миниатюрных антенн. Антенна – это единственное современное компактное устройство, которое не было уменьшено до микроскопических размеров. Взять хотя бы транзисторы – они становятся все меньше и меньше, а антенна была и остается большой. Есть определенные физические законы, которые не позволяют нам сделать размеры таких антенн меньше, чем длина волны сигнала. Использование «активных» метаматериалов позволит преодолеть эти ограничения. Если это получится, то миниатюрные антенны найдут широкое применение в системах беспроводной связи. И это прогрессивная область исследований, потому что разработки в области «пассивных» метаматерилов уже сталкиваются с ограничениями. Пора переходить к чему-то новому.
Как много времени еще потребуется, чтобы метаматерилы стали активно применяться на практике?
Мне часто задают этот вопрос. Обычно вызывает удивление, почему за 15 лет изучения метаматериалов у нас до сих пор так мало их практических приложений? Но надо помнить, что это – новая научная область. Посмотрите на историю вещей, которые сегодня очень известны и широко применяются, например, сетодиоды. С момента, когда удалось открыть их и исследовать их свойства, до времени, когда они стали активно использоваться в повседневной жизни, прошло около 60 лет. Поэтому я думаю, что в течение ближайших 10 лет мы увидим очень много приложений для метаматериалов.
Ваши лекции в Университете ИТМО были связаны с «активными» метаматериалами?
Я проводил лекции и о «пассивных», и о «активных» радиочастотных и микроволновых метаматериалах. Это более широкая тема, упор был сделан на то, чтобы дать студентам некое полное представление о том, что происходило в области метаматериалов за последние 15 лет. Таким образом, я рассказывал и об открытиях в теоретической физике, и о приложениях метаматериалов. Я надеюсь, что мой приезд в Университет ИТМО станет началом плотного сотрудничества с лабораторией нанофотоники и метаматериалов, так как ученые лаборатории и моя научная группа отлично дополняют друг друга. Здесь у ученых имеется очень сильная теоретическая подготовка в области физики, моя же команда сильна в электротехнике. И сейчас наблюдается глобальная тенденция объединения этих двух направлений науки.
Как вы можете оценить подготовку студентов Университета ИТМО в области метаматериалов?
Самое главное, что я хочу подчеркнуть, обучающиеся здесь магистранты имеют разную по направленности подготовку. Некоторые из них хорошо знают физику, в то время как другие обладают хорошей подготовкой в области электротехники. Эти две области используют разный научный язык, поэтому возникают проблемы в терминологии. Но метаматериалы – это междисциплинарная область: здесь нужна и физика, и электротехника. Поэтому я думаю, что объединять физиков и инженеров, которые хотят изучать метаматериалы, – это большой плюс. Во всем мире есть не очень хорошая тенденция, которая заключается в том, что те люди, которые изучают физику, интересуются последними исследованиями только в этой сфере, а те, кто фокусируется на электротехнике, – в своей. Так происходит во многих областях науки, в том числе и в области метаматериалов. Поэтому иногда случается следующее: ученые одной группы публикуют какие-либо выдающиеся результаты в своей области, и это кажется прорывом, но потом выясняется, что почти точно такое же открытие, только с некоторой спецификой, было сделано учеными второй группы 60 лет назад. Или наоборот. Смысл в том, что физики и инженеры не взаимодействуют друг с другом. Поэтому вузы по всему миру должны создавать междисциплинарные группы по метаматериалам. В результате будет появляться больше практических приложений для метаматериалов. И много времени и денег может быть сохранено, если ученые будут интересоваться, что делают «соседи».
В вашей научной работы были моменты «эврики», когда вы получали какой-то невероятный результат?
Да, пару раз случалось. Лучше всего помню случай, когда метаматериалы только начали изучаться. Тогда я просматривал первые теоретические публикации по этому поводу, которые с математической стороны были очень понятны и правильно. Но я не мог понять, как же это работает физически и можно ли это описать, используя классические методы и подходы. В итоге я смог описать это и создать прототип, которой работал точно так, как это и ожидалось, и для меня это было все равно, что открытие. Но через месяц я наткнулся на работу, опубликованную 75 лет назад, которая частично и в какой-то мере дублировала то, что я сделал. У меня подобное случалось несколько раз. В первый раз мне это не понравилось, а сейчас я отношусь к таким случаям по-другому: если такое происходит, это значит, что ты, по крайней мере, идешь по верному пути. Много вещей, которые мы ищем, уже найдены. Но они используются для чего-то другого. Красота в том, когда вы находите, как что-то работает в другой области и для другого приложения. Я занимаюсь электротехникой уже 30 лет, и после такого времени, когда у меня есть огромный багаж знаний, я постоянно натыкаюсь на много вещей, которые я не понимаю. И это здорово.
Что вдохновило вас стать ученым?
Я решил, чем хочу заниматься, в шесть лет. Тогда я собрал свой первый радиочастотный приемник и, можно сказать, стал радиолюбителем. Это любопытство не угасало. Когда я поступал в университет, то подавался только на инженерные программы. Моя мать сомневалась в таком выборе, опасалась, что я могу не пристроиться в жизни. Но я не хотел заниматься чем-то другим. И сейчас я люблю свою работу. Да, ученый – это не должность, это стиль жизни, и это сложнее, чем работать во многих других областях, на это уходит больше времени. Но индийская пословица говорит: если хочешь быть счастливым один день – влюбись; есть хочешь быть счастливым один год – женись; а если хочешь быть счастливым всю жизнь – делай ту работу, которая тебе нравится. Поэтому я счастлив.
Редакция новостного портала
Поделиться
