ОТ ПОЗНАНИЯ АТОМА — К НОВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

Что бы ни говорили завистники о Киевском национальном университете имени Тараса Шевченко в родном отечестве, а получается, что он таки «самый-самый». Ни один вуз не сравнится с этим старейшим и авторитетнейшим учебным заведением в Украине по уровню подготовки квалифицированных специалистов. А по масштабам фундаментальных исследований ученых он стоит в ряду ведущих мировых научных центров. И этому немало подтверждений…

Первое и главное. Недавний указ Президента Украины узаконил то, что давно витало в воздухе, — предоставил Киевскому национальному университету имени Тараса Шевченко статус самоуправляемого (автономного) государственного высшего учебного заведения. Наконец-то на государственном уровне принято решение о создании на базе альма-матер настоящего крупного центра научной, образовательной и культурной деятельности. При этом в указе отмечено «непреходящее значение… ведущего учебного заведения Украины, что является уникальным приобретением национального образования, науки и культуры, а также исходя из необходимости сохранения и развития сформировавшихся в нем авторитетных научных школ…». Данным указом определены и новые возможности для будущей всесторонней деятельности вуза.

Это достаточно масштабное поле. Сегодня Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко — это 16 факультетов, отделение востоковедения, пять институтов… Большая научная работа проводится также в НИИ физиологии, Ботаническом саду, Каневском природном заповеднике, Астрономической обсерватории и других важных подразделениях, составляющих единое целое крупнейшего в стране научно- образовательного центра.

…«Лаборемус» в переводе с латинского означает «за работу». Уж очень любил это выражение известный французский энтомолог Жан Анри Фабр — ученый неимоверного трудолюбия. Для старейшего вуза страны последние события в его биографии означают не только признание заслуг, но и веру в достижение новых свершений. Не расслабляться! Лаборемус!

Второе событие, не менее важное. Наконец-то дошло к адресату сообщение о том, что учеными радиофизического факультета совместно с ленинградскими коллегами сделано научное открытие. Правда, еще в 1967—71 годах. Речь идет о явлении образования фоторезонансной плазмы.

Лишь через 25 лет после смерти его главного автора — завкафедрой физической электроники радиофизического факультета, профессора Н.Д.Моргулиса и после недавней смерти cоавтора — старшего научного сотрудника этой кафедры А.М.Пржонского ныне здравствующий соавтор — директор Научно-технического центра (института) угольных энерготехнологий НАНУ и Министерства топлива и энергетики Украины, академик НАНУ, причем самый прямой ученик-последователь Н.Мор- гулиса Ю.П.Корчевой порадовался за всех. Не забудем в группе открывателей назвать также ученых Ленинградского госуниверситета — профессоров А.Н.Ключарева и Н.С.Рязанова.

В стенах крупнейшего в стране университета за годы его существования сделано два открытия мирового значения. Второе совсем недавно зарегистрировала (по новым правилам) Российская академия естественных наук и Международная ассоциация авторов научных открытий.

Заведующий старейшей в университете кафедрой физической электроники, член- корреспондент АН УССР Наум Давыдович Моргулис еще в 1930-х годах на факультете и параллельно в Институте физики АН УССР не только основал, но и развил «авторитетную научную школу» мирового уровня «Физическая электроника и физика плазмы». Открытие — один из результатов ее работы.

Радиофак по результативности, разработке научных тем прикладного характера — в ряду университетских лидеров.

Рассказывает декан факультета, заслуженный деятель науки и техники Украины, профессор, доктор физико-математических наук Геннадий Андреевич Мелков:

— Так сложилось, что с 1952-го — года создания факультета, исследования наших ученых ориентировались на решение проблем военно-промышленного комплекса, в основном, закрытой тематики. В результате конверсии и экономических трудностей периода становления независимости Украины многие «ящики» — предприятия, работающие на оборону страны, просто прекратили свое существование. 1990-е годы стали самым тяжелым периодом в научной жизни факультета. Из 400 сотрудников научно-исследовательского сектора осталось всего 120.

Сегодня эти трудные времена, кажется, уже позади. Мы умудрились сохранить 80 преподавателей, из которых 5 академиков НАНУ, 23 профессора, 41 доцент, 16 лауреатов Госпремии в области науки и техники Украины. Нынче научный потенциал факультета соответствует потенциалу НИИ. Общепризнаны в мировом научном сообществе три научные школы, представленные факультетом: по физической электронике, физике полупроводников и квантовой радиофизике. Многие научные направления в недалеком будущем также способны перерасти в авторитетные научные школы радиофака. Сейчас практически все 7 кафедр «втянуты» в международную науку, без докладов ученых радиофака не обходится практически ни одна солидная международная конференция за рубежом.

Многие годы кафедрой криогенной и микроэлектроники руководил, будучи одновременно и деканом факультета, академик НАНУ, дважды лауреат Государственной премии в области науки и техники Украины Н.Г.Находкин. Отметив недавно свое 75-летие, ученый продолжает исследования. Николай Григорьевич — основатель и руководитель научной школы «безусловно мирового уровня» (как отметил нынешний декан Геннадий Мелков), которая называется очень просто: «Методы диагностики материалов и поверхностей». А что стоит за этой простотой?

Представьте себе, что происходят исследования на уровне поведения одного-единственного атома на поверхности какого-нибудь материала или вещества. Ученым очень важно выяснить степень его уживчивости в компании с атомами других материалов или веществ. Атом-красавец прекрасно наблюдается в туннельном микроскопе, который собрали своими руками факультетские умельцы. Говорят, по необычайно высокой физической разрешающей способности подобного оборудования «раз-два и обчелся» не только в Украине, но и в СНГ.

Какой же он, этот один-единственный атом в природе? Здесь он виден: своими вальяжными передвижениями атом напоминает маленького ежика со своими сородичами в каком-то дивном, но системном танце. Их поведение в туннельном микроскопе передается на монитор, где и раскрывается вся картина отношений двигающихся атомов, их лояльности и конфликтности в отношениях друг с другом. Эта их «суета» представляет огромный научный интерес, поскольку позволяет исследовать (через механизмы движения атомов) формирование, например, различных тонких пленок на поверх- ности, предназначенных «под микросхемы». Такая информация — ключ к созданию соответствующих материалов с заданными параметрами для поверхностей, используемых в нанотехнологиях (т.е. в изготовлении чрезвычайно малых размеров элементов для обработки информации). Результаты таких исследований мы сегодня наблюдаем в создании микросхем для компьютерной и телекоммуникационной техники.

Между тем мировую науку уже не устраивают элементы передачи информации размером в 0,15 микрон. Наблюдается тенденция к созданию элементов, состоящих из сотни, а может, и десятка атомов. Вот почему важно знать, какие процессы управляют отдельными атомами и как все это действо можно контролировать.

Остается добавить, что эти научные исследования проводятся на кафедре в рамках государственной программы «Энергоресурсы», финансируемой правительством Украины. В более широком аспекте суть этих работ состоит в создании научных основ технологии контроля за процессами добычи энергоносителей и возможностей получения эффективных альтернативных источников энергии. Результаты исследований ожидают применения в радиологическом мониторинге персонала энергообъектов, компьютерных ноу-хау в энергетике.

Кстати, с докладом о возможностях туннельного микроскопа на съезде Международного физического общества в Лондоне выступил аспирант первого года обучения Сергей Булавенко, за что получил первую премию. А Юрий Мусатенко, аспирант третьего года обучения, за свои многочисленные публикации по информатике получил недавно премию НАНУ. Николай Григорьевич весьма рад таким новостям, потому что научная школа должна иметь свое продолжение в молодой смене. Ежегодно в аспирантуру факультета приходят 25 выпускников — будущих исследователей.

Сегодня этой кафедрой заведует нынешний декан Г.Мелков. Совместно с коллегой, завкафедрой квантовой радиофизики, лауреатом Государственной премии в области науки и техники СССР В.В.Даниловым, они заставили зарубежный ученый мир считаться с факультетскими исследованиями в перспективном научном направлении — линейные и нелинейные волны в магнитных кристаллах.

— Сегодня у нас почти на каждой кафедре есть работы мирового уровня, — говорит Геннадий Андреевич, — которых еще несколько лет назад просто не могло быть в силу оторванности от мировой науки. Мы завоевали авторитет у зарубежных коллег новыми достижениями в фундаментальных исследованиях. Именно поэтому для их продолжения мы получаем от наших зарубежных партнеров лучшие в мире образцы, которые стоят огромных денег (каждый — до тысячи долларов). Бесплатно. Разве это не говорит о нашем авторитете?..

В науке постоянно идет поиск новых физических явлений, принципов, идей, способных сформулировать перспективные направления в сверхвысокочастотной (СВЧ) микроэлектронике. Одно из них связано с магнитными волнами в монокристаллических пленках ферромагнитных материалов, таких, как ферриты. В кругу специалистов эти волны известны как «спиновые» (от слова «спин» — вращение, волчок). У радиофизиков на сегодня исследования этой тематики сформировались в авторитетное научное направление: магнитная или спин-волновая электроника.

Эти научные достижения признаны в мире, поскольку в последние годы ни один международный симпозиум или конференция не обходится без участия украинских ученых. Исследования в области сверхпроводимости являются основой для создания новой электроники с большим быстродействием и в 100 раз меньшим энергопотреблением. Они дают толчок развитию новых средств связи со значительным расширением числа абонентов и повышением качества передачи информации.

Изыскания заведующего кафедрой физической электроники, профессора Ю.И.Чутова в области физики пылевой плазмы также «работают» на новый вид электроники — наноэлектронику. Именно здесь впервые в мире проведены исследования влияния пылевых частиц на приэлектродную плазму в магнитном поле, приоткрывшие некоторые секреты природы и дающие надежду на создание новых уникальных материалов, к примеру, для электронной, полупроводниковой техники. Очень высоко оценили это научное достижение украинских радиофизиков в Национальном институте ядерных исследований Японии и Нагойском университете, откуда поступило приглашение на международную конференцию по проблемам физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. Юрий Иванович сообщил, что весьма осторожные японские ученые сами предложили сотрудничество с радиофизическим факультетом по совместному решению научных проблем.

О многовекторности изыскательской деятельности свидетельствуют работы, проводимые на кафедре полупроводниковой электроники. Ее много лет возглавляет заслуженный деятель науки и техники Украины, академик АПН Украины, первый проректор университета, профессор Олег Васильевич Третяк. Объем тематики и достигнутые результаты уже давно реализуются в рамках добротного научного направления под общим названием «Исследования спин-зависимых явлений в полупроводниках и полупроводниковых структурах». Кстати, именно здесь впервые в мире (за- фиксировано по первой публикации) ученые кафедры предложили методы люминесцентного эффекта поля и тока Холла. Информация университетских ученых позволила значительно повысить глубину и качество исследований полупроводников.

Кстати, на этой кафедре создана уникальная по своим параметрам автоматизированная установка для релаксационной спектроскопии глубоких уровней. С ее помощью резко повысилась точность определения примесных (чужеродных) атомов в полупроводниках. Ведь атомы могут быть и «полезными», и «вредными». А особенно последние способны создавать ненужные «ловушки» для носителей зарядов — «полезных» атомов. Появление такой установки способствовало активизации изучения физических явлений и механизмов для создания новых материалов электронной промышленности.

Напомним, что здесь также занимаются разработкой аппаратного и программного продукта для автоматизации научных исследований, оптимизации принципов функционирования локальных сетей и их связи с Интернет. Многообразие аспектов главного научного направления не пугает ни руководителей, ни аспирантов, ни старшекурсников. Может, поэтому на факультете любят шутить: «На всякую ключевую проблему всегда можно найти свою отмычку».

Судите сами. Профессор кафедры математики и теоретической радиофизики Вячеслав Владимирович Обуховский давно занимается проблемой создания магических кристаллов, а попросту — проблемами голографии. Он считает, что технология производства интегральных микросхем дошла до фантастического предела. Каждая из них может уложиться в десятые доли микрона!.. Казалось бы, выходом из тупика может стать создание оптических компьютеров. Тогда гигантский объем информации, спресованный в голографический образ, будет обрабатываться как единое целое. Расчеты показывают, что при этом производительность и быстродействие компьютеров возрастут в тысячи раз. Пока это перспектива. Остановка за разработкой материалов, в которых сверхгигантская информация, передаваемая в виде оптического миража, будет впрессована в объем пистолетной пули или таблетки аспирина.

Возможен и другой подход. В создании принципиально новых материалов использовать магические кристаллы. Их названия звучат холодно и неприступно: ниобат лития, титанат бария, бастрон. Вот один из них лежит на ладони, напоминая простое желтоватое стеклышко (ценой, правда, долларов в 500). И только слабые радужные переливы внутри кристалла говорят о том, что в нем уже записана голограмма (способ хранения информации). Для познания всех их возможностей нужны титанические исследования.

Последняя четверть двадцатого века ушла на разработку основ трехмерной (объемной) оптической записи. Реально в производство пока запущены только плоские оптические диски для аудиозаписей. В XXI веке еще много сил уйдет на разработку идей, технологий, материалов, машин будущих поколений. Все это дорогостоящее «удовольствие», да и решить все проблемы ни один институт самостоятельно не в состоянии. Сегодня выручает международная кооперация: каждый делает то, что умеет лучше других. Благодаря такому сотрудничеству были проведены перспективные исследования трехмерной памяти на оптических микродоменах. Но появилась следующая преграда — на защиту своих тайн природа бросила свое самое запутанное изобретение, так называемые «нелинейные эффекты». Словом, без работы ученые не остались…

Известно: «Дорогу осилит идущий». Правда, для науки этого мало. Профессор Обуховский убежден, что нужно еще уметь мечтать, как поэт, и трудиться, как фанатик. Только тогда фантастические проекты наших дней обернутся реальными плодами для будущих поколений. Вот такая она поэзия познания и созидания…

Рассказ о принципиально новых научных направлениях факультета будет не полным, если не вспомнить о молодой кафедре медицинской радиофизики, кстати, самой популярной у студенчества радиофака. Фундаментальные исследования физических процессов на клеточном и субклеточном уровнях, методов воздействия на эти процессы здесь ведутся совместно с кафедрой академика НАНУ П.Костюка отделения целевой подготовки НАНУ. Они — основа создания новых медицинских технологий, таких, как наномедицина (умение воздействовать на области организма и тем более — мозга — размером в тысячные доли микрометра). Заведующий кафедрой Михаил Кириллович Новоселец считает, что союз радиофизики и медицины — это принципиально новый шаг как в подготовке специалистов для медицинских учреждений и промышленных предприятий, так и в углублении научных изысканий по разработке новых видов медицинского оборудования, компьютерных систем медицинского назначения.

В странах ЕС и США телемедицина — основа реформирования здравоохранения в информационную эру. Для Украины это — медицина завтрашнего дня. Речь идет о создании качественно нового поколения медицинского оборудования. Начинать надо с малого. К примеру, чтобы снять электрокардиограмму, больному необязательно иметь возле себя электрокардиограф. Достаточно электродов, которые через несложное устройство подключаются к телефонной линии. Развитие сенсорной техники позволит дистанционно проводить множество сложных диагностических исследований. Лечить пациента можно будет, находясь на любом расстоянии от него. И для соотечественников это осуществится в ближайшем будущем.

Может возникнуть вопрос: а откуда, собственно говоря, на радиофаке берутся средства на проведение научных работ? Государственное финансирование, к сожалению, в силу известных экономических обстоятельств незначительное и, к тому же, практически никогда не выполняется полностью. Не много, но «капает» от выполняемых заданий по т.н. хозтемам, которые оплачивают конкретные заказчики. Спасают сегодня, как признались на факультете, средства, полученные в виде международных грантов. Таковых около десятка, что гораздо больше по сравнению с другими факультетами университета.

Современный американский физик Роберт Юнг как-то пошутил, что «у многих физиков в жилах течет только ток высокого напряжения». После знакомства с радиофизиками столичного университета впору поверить, что так оно и есть. Почти из 650 нынешних студентов каждый десятый — отличник. И самородков, фанатиков избранной научной стези также немало. Например, шестикурсник, будущий магистр Андрей Нетреба уже имеет около полутора десятка научных публикаций, что само по себе факт уникальный. А в прошлом году занял первое место в городском конкурсе среди студентов столичных вузов в номинации «Естественные науки», получив диплом «Студент Киева-99». При этом фонд Андрея Первозванного определил ему ежемесячную стипендию в 250 гривен. Под стать Андрею и третьекурсник Тарас Сиверский, ставший в прошлом году победителем Всеукраинской студенческой олимпиады по радиотехнике…

Надо сказать, что из всех 16 факультетов Киевского национального университета имени Тараса Шевченко радиофизический считается самым трудным. Ведь студентам приходится досконально осваивать многие науки, достижения которых используются в различных областях электроники. Это математика, физика, химия, биология, информатика и другие. Практически каждый год в соответствии с требованиями отечественной науки и техники в учебный процесс включаются два-три новых спецкурса.

Только в нынешнем учебном году таковыми стали: «Новые методы обработки информации для космической и мобильной связи», «Физика низкоразмерных систем»… И, что характерно, дальнейшие исследования, в которых принимают участие и старшекурсники, скажем, по проблемам мобильной космической связи, уже ориентированы на определенных потребителей — запросы отечественных министерств и предприятий. С этой же целью подумывают на факультете и об открытии двух новых кафедр: по изучению новых средств связи и кафедру телекоммуникационных технологий.

А больше всего декану Геннадию Мелкову хотелось бы, чтобы научный сектор факультета был полностью «втянут» в мировую систему науки и образования. Украина должна влиться в мировую систему образования и науки. Если удастся этого достичь в ближайшем будущем, подчеркивает Геннадий Андреевич, будет решен вопрос с финансированием, грантами от международных организаций и фондов, нострификацией (признанием) украинских дипломов в зарубежных странах. Тем более что для этого имеются весомые предпосылки.

P.S. Когда этот материал готовился к печати, стало известно, что руководитель группы наблюдений малых планет Крымской астрофизической обсерватории, доктор физико- математических наук Николай Степанович Черных открыл во Вселенной новую малую планету. Автор открытия и директор обсерватории, академик НАНУ Николай Владимирович Стешенко дали планете под №8065 название «Находкин». Такой подарок получил ученый к своему 75-летию. Официально утвердил такое пожелание крымских ученых и Международный центр по малым планетам (Смитсоновская астрофизическая обсерватория, г.Кембридж, штат Массачусетс, США). Об этом он сообщил в своем январском информационном циркуляре.

Воистину в жизни как в той пословице: «корень ученья горек, да плод его сладок».