Михаил КАЦНЕЛЬСОН: российское научное сообщество утрачено.

Нобелевская премия по физике 2010 года за открытие графена вручена российским ученым Андрею Гейму и Константину Новоселову. По мнению научного сообщества, серьезная заслуга в изучении графена принадлежит также другому россиянину, Михаилу Кацнельсону. Сегодня доктор физико-математических наук, профессор Кацнельсон живёт и работает в Нидерландах, в университете Радбоуда.

 

- Михаил Иосифович, в конце 90-х – начале 2000-х за рубеж уезжали многие российские учёные, но далеко не все смогли там акклиматизироваться, достичь научных высот. Как уральский профессор и доктор наук смог стать европейским учёным с мировым именем?

- В 2001 году я получил шведскую научную стипендию, есть такой фонд, СТИНТ, они дают стипендии для привлечения иностранных ученых в Швецию. Появилась возможность год или два провести в западноевропейских  университетах. Мне этой стипендии хватило на несколько лет работы в Упсале. Когда я уезжал из Екатеринбурга в конце 2001 года, каких-то определённых намерений, возвращаться или не возвращаться, не было. Хотелось, чтобы всё шло естественным путём. Но, уже в середине 2003 года, я начал получать интересные предложения на постоянную работу. И вот уже почти семь лет, с июня 2004 года, я – штатный профессор, руководитель группы теории конденсированного состояния в университете Радбоуда, в Наймегене.

- В какой именно области Вы ведёте исследования? Сфера ваших интересов?

- Теория конденсированного состояния – это довольно широкое направление, в котором умещается добрая половина современной теоретической физики. В исследования по графену я был вовлечён почти с самого начала, помогал как теоретик.

Нобелевскую премию Андрею Гейму и Косте Новосёлову дали совершенно справедливо, их первая опубликованная статья в “Science” появилась еще в 2004 году. В ней обобщались данные экспериментальных исследований, в которых ни я, ни другие теоретики не участвовали. И эта статья действительно была прорывной, я к осмыслению графена подключился позже. Но, уже начиная со второй работы по графену, которая тоже очень важна, я участвовал очень активно в исследованиях, впрочем, как и многие другие учёные.

Открытие графена можно сравнить с открытием нового материка. Это совершенно новый класс объектов. Все остальные кристаллы, которые известны до сих пор, имеют трёхмерную структуру. Графен - это пример материала, у которого толщина – на субатомном уровне, поэтому можно считать его двухмерным. Он интересен по трём причинам. Во-первых, есть большие надежды, связанные с его практическим применением.  Собственно современная полупроводниковая электроника использует в  больших интегральных схемах только поверхность полупроводниковых материалов, а объём - это балласт. Во-вторых, двухмерная структура означает, что у него есть только поверхность, никакого объёма. В этом смысле графен -  уникальный материал с очень необычными свойствами, в частности, с колоссальной подвижность электронов. Мечта микроминиатюризации электроники может стать явью очень быстро. Наконец, в графенах электроны ведут себя совершенно по-другому, чем в традиционных материалах. Это означает, что и графеновая электроника должна быть устроена совершенно по-другому. Эта работа наиболее известна и цитируема из всех работ по теории графена, в частности, её неоднократно упоминает нобелевский комитет. Но всё же нобелевский комитет счёл, что это достижение не такого же ранга, как открытие графена.

Моё участие в исследованиях по графену – это, скорее, просто везение. Моя научная основа - это физика металлов и магнетизм. Я считаю, что в совокупности всё сделанное мной в теории магнетизма не меньше важно, чем то, что я сделал в теории графена. В теории магнетизма есть действительно яркие вещи. Как результат – мы сейчас гораздо лучше понимаем магнитные свойства железа и его сплавов, чем лет 30 назад.

Сегодня металлургическая наука выходит на такой уровень, что дальнейшее её развитие и создание новых марок стали требует глубокого изучения фундаментальных наук - квантовой физики и материаловедения. Опыт ХХ века говорит, что исследования в области теоретической физики дают совершенно фантастические прикладные результаты, обеспечивая технологические прорывы. Без открытия полупроводникового эффекта и транзистора были бы невозможны современные компьютер, телевизор и сотовый телефон. Сегодня фундаментальные физические открытия ведут к микроминиатюризации полупроводников, созданию нанотехнологий субатомного уровня на базе принципиально нового материала - графена.

- В чём сложность изучения магнитных свойств железа? Это направление исследуется не одну сотню лет, белых пятен, наверное, давно не осталось…

- Магнитные свойства железа - абсолютно классическая проблема физики и она безумно трудная. Магнетизм металлов вообще трудно понять. Один подход исходит из того, что атом металла изначально обладает какими-то магнитными свойствами. И когда атомы объединяются в кристалл, твёрдое тело, то можно пытаться описывать свойства этого кристалла, исходя из свойств отдельно составляющих атомов. И, скажем, для редкоземельных магнетиков это работает замечательно. Магнитные свойства алюминия также могут быть хорошо  описаны, исходя из свойств составляющих атомов. А в железе это не так! В железе состояния электронов коллективизированы и сильно видоизменяются по сравнению с атомными. Есть и противоположный научный подход, который полностью игнорирует атомные черты, но это неправильно.

Что сделали мы? Мы, вместе с моим давним другом и соавтором Александром Лихтенштейном, а также с другими учёными, развили некий синтетический подход. Он сочетает как атомные, так и коллективизированные черты и даёт довольно убедительную и согласованную картину поведения переходных металлов. Сейчас у нас есть полная количественная теория для никеля. В её рамках мы можем описывать все свойства никеля, магнитные, электронные, решёточные и какие угодно, и всё это замечательно работает, эксперименты подтверждают теоретические данные. Железо - более сложный материал. Наша теория полного понимания идущих в нём процессов не даёт. Но  она всё-таки гораздо лучше, чем то, что было до сих пор. И самое главное, что мы теперь знаем, в каком направлении двигаться, чтобы шаг за шагом улучшать эту теорию.

На мировом уровне развитию нашей теории помогает активное сотрудничество и её обсуждение с российскими учеными. В частности, с Алексеем Рубцовым (Московский госуниверситет), с Юрием Горностыревым (Институт квантового материаловедения, Екатеринбург). Есть одно замечательное высказывание Менделеева «Сказать можно всё, а ты пойди - продемонстрируй!» В результате теоретических исследований по проблеме магнитного состояния железа и других металлов группы железа мы понимаем сейчас особенности их поведения, наверно, лучше всех в мире. Это понимание оказалось удивительно важным для решеточных свойств, для фазовых превращений в стали, которые имеют уже вполне конкретное практическое значение для металлургии.

- Имеют ли эти теоретические изыскания практическое применение?

- Честно говоря, раньше мне и в голову не приходило, что наши исследования в области теоретической физики и квантовой теории могут иметь отношение к такому материалу как сталь. Оказалось, что тонкости взаимодействий между электронами в железе, его магнитного состояния - имеют решающее значение для понимания структурных превращений в структуре стали. И на этом половина металлургии основана.

А вот чтобы интересное научное открытие реально повлияло на промышленность – такие случаи единичны. С ходу я могу только два примера назвать - это транзистор и лазер. Мы надеемся, что в результате нашей совместной работы нам действительно удастся продемонстрировать, что глубокое понимание процессов на уровне квантовой физики помогает в улучшении  качества стали. И это будет достижение подобного же уровня.

Практическое использование графена открывает головокружительные перспективы.  Этот материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, обладает комплексом уникальных свойств. Он очень прочен, проводит электроток и при этом практически прозрачен. В скором времени ожидается разработка технологий по созданию нового класса графеновой наноэлектроники с базовой толщиной транзисторов около 10 нанометров. Графен может найти самое широкое применение и при создании сенсорных дисплеев. Ещё одна перспективная отрасль применения – использование в качестве электродов в ионисторах (суперконденсаторах) для новых мощных перезаряжаемых источников тока.

- Как Вы оцениваете вклад российской науки и российских ученых в современное  развитие физики металлов?

- Трудно оценить вклад какой-то одной страны, потому что подлинные наука и технология сегодня международные. Достижения учёных одной страны немедленно подхватываются в других. Даже если первыми поймут что-то очень важное учёные в России, совершенно не факт, что это технологически будет использовано здесь. Российские наука и технология будет тем богаче, чем полнее они будут интегрированы в мировые  исследования. 

Классический пример с нобелевскими лауреатами 2010 года. Мои друзья и коллеги, Константин Новосёлов и Андрей Гейм, уже много лет ведут  исследования по графену в Манчестере. Они - выпускники Московского физико-технического института, и без того фундаментального образования, которые получили в Советском Союзе, они никогда не смогли бы сделать революцию в науке. Справедливо и другое утверждение – никакого графена они бы не открыли, если бы вовремя не уехали в Манчестер.  Такая же ситуация и со мной: считать ли мне себя физиком советским, российским, нидерландским или шведским? Я в разных странах работал. С одной стороны, первые научные исследования я начинал в Институте физики и металлов УрО РАН в Екатеринбурге, и особенно я признателен моему учителю, Сергею Васильевичу Вонсовскому,  который очень многое мне дал.

Но позволю себе смелость утверждать, что моё личное влияние на мировую науку больше, чем у Вонсовского. И не потому, что я умнее – у нас возможности совершенно разные. В его эпоху все понимали, что за границу не попасть, что надо писать тома каких-то отчётов, искусственная изоляция мешала естественному процессу общения учёных разных стран. В том числе и поэтому, как только железный занавес рухнул – российские учёные разъехались в разные страны. Российская национальная наука пострадала, но международная наука не потеряла, российские ученые оказывают решающее влияние на научное развитие многих отраслей, работая в других странах.

Я регулярно езжу в Россию, несколько раз в год, стараюсь не терять контакты с российскими учеными. Среди них есть светлые головы, которых я встречаю и на международных конференциях. Но эти люди не формируют среду, российское научное сообщество утрачено. Учёные в России выживают только за счёт того, что интегрированы в мировую науку. Это позволяет им делать работы на действительно мировом уровне.

- Но до перестройки, во времена Советского Союза, российская наука, и физика, и  математика, занимала лидирующие позиции в мире…

- Это действительно так, и я ещё застал те золотые времена начала 80-х годов, когда  Москва была признанным центром мировой теоретической физики и математики. На семинары и конференции собирались лучшие учёные планеты, оживлённо обсуждали  проблемы. Была совершенно уникальная обстановка, пиршество разума. Это я теперь понимаю – а тогда мне ещё не разрешалось ездить за границу, и сравнивать было не с чем. Но теперь этого уже нет, и былое научное сообщество не восстановить никаким образом. Надо быть реалистами. Но если поддерживать ещё оставшихся здесь крупных учёных, которые способны работать на мировом уровне, если как минимум им не мешать, культивировать и выращивать научную среду – то, возможно, понемногу российская наука вновь вернётся на какой-то приличный уровень. В будущем, не сейчас. Позиция некоторых российских чиновников от науки звучит так: у российских – собственная гордость, и нам с Запада ничего не надо. Это – тупик! И как реформировать российскую науку – непонятно. Такой системы организации науки как в России нет больше нигде в мире. Можно говорить сколько угодно о недостатках западной грантовой  системы. Я сам могу прочитать целую лекцию на эту тему. Но дело не в этом. Что самое главное в организации мировой науки? Что реальная научная единица - это небольшая группа учёных, которым никто не мешает. Формально над руководителем группы есть директор института,  декан,  министр науки и образования и тд – но всё это очень символически. На самом деле я, как руководитель научной группы, ни от кого, ни в чём не завишу. Есть  у меня группа, у неё  есть финансирование с разных грантов, есть и финансирование из университета, которое становится лучше оттого, что мы много интересных научных статей публикуем, в том числе по графену.

 

 

- Что необходимо сделать, чтобы Вы вернулись в Россию на постоянное жительство и работу?

Самое главное для учёного – условия работы и качество научного сообщества. Лучших условий, чем те, что у меня уже есть в моём университете в Нидерландах, здесь трудно представить. В Европе совершенно другой подход к ученым, другие научные менеджеры, качественно другая научная среда. Надеюсь, ситуация изменится и в России.

Источник

 

 

Веб-мани: R477152675762